[发明专利]纳米基光电子器件

说明书

技术领域

本发明涉及光电子学领域。更具体地说，本发明提供诸如光伏太阳能电池这样的器件，它是基于把无机基的纳米结构引入有源区内，在这场合下，先预制单晶纳米结构，再沉积在无机基的非晶态基质材料上。在一个实施例中，量子力学隧道法使得带电载流子在纳米结构与包覆层之间移动。

背景技术

光电子器件一般由无机半导体的单晶有源区组成。举例来说，诸如GaAs和GaN的Ш-V族的化合物，如AlGaAs、InAlGaAs和InGaNp都用于产生光及用作光检测器，而诸如硅那样的材料则被用作光检测器和太阳能转换器。由于有源区的单晶性质，包覆区也一定是单晶，以一组包括晶格匹配的单晶衬底在内的晶格匹配材料为条件。这种处理不仅成本高而且还受限制。成本高是因为单晶、晶格匹配的衬底以及特别设计和制造的晶体生长装置。受限制的原因是必须选择对具体器件最佳的材料组合，另外还须晶格匹配。具体地说，光伏太阳能电池是一种把太阳光转换成电能的光电子器件。它的形成方式一般与许多光电子器件类似。单晶、多晶或非晶态材料的薄层沉积在衬底上。一般利用在n和p掺杂区之间的接合处形成内建电压电位。吸收了照射在结构上的太阳光，以形成电子和空穴。带电载流子通过结构扩散到电接触点，并给外部的负载电阻提供电流。这些器件的效率与使用的材料有关，更为重要的是与材料的晶体性质有关。在现有技术中，以非晶硅(Si)为基的器件的平均效率为6％，多晶Si器件的平均效率为15％，单晶Si器件的平均效率为25％，而多个接合处(层叠)的AlGaAs-GaAs-Ge器件的平均效率则超过30％。然而不幸的是，随着效率的提高，生产成本也随之增加，故这种发电器件难以与其它电源相竞争。

本发明的目的

本发明的一个目的在于提供一种廉价的光电子器件。

本发明的另一个目的在于提供一种廉价的太阳能转换器件。

本发明的再一个目的在于提供一种廉价的发光器件。

发明内容

使预制的纳米晶体与非晶体的、非烃的阻隔材料接触，以用作光检测器、光发射器和能量转换器。

附图说明

图1所示为本发明的装置开始制造的示意图。

图2所示为图1的步骤之后的一制造步骤的示意图。

图3所示为本发明的最优选的装置的示意图。

图4所示为本发明的优选的装置的示意图。

图5所示为本发明的优选的装置的示意图。

图6所示为本发明的优选的装置的示意图。

图7所示为本发明的最优选的装置的能带示意图，其中，纳米晶体上无光线射入。

图8所示为本发明的最优选的装置的能带示意图，其中，光线入射在纳米晶体上。

图9所示为本发明的优选的装置的能带示意图。

图10所示为本发明的优选的装置的能带示意图。

图11所示为本发明的优选的装置的能带示意图。

具体实施方式

图1中示出了本发明的装置开始制造的示意图。衬底10上沉积了一任选的导电层12，而层12的顶部沉积了一层阻隔材料14。所述的衬底可以是透光的材料，例如玻璃、聚合材料，或者是不透明的材料，如不锈钢或本领域公知的其它任何廉价的材料。如果衬底是导电的，就不需要导电层12。对本发明的一些实施例来说，导电层12的材料可以是透明的材料，如氧化铟锡，或者可以是不透明的材料，如一层金属铝。阻隔材料层14是非晶态、非烃的材料。对于本说明书来说，非烃材料被限定为一种非晶态材料或者是一种包括具有只是小范围排序的原子的材料，其中，小范围排序在三维范围内比将施加于表明的纳米晶体的最大尺寸小得多(以下再作说明)。阻隔材料层14可以是匀质材料，或者是不同材料的混合物，或者是具有所含的纳米粒子量高的匀质材料，在这种场合下，与最大尺寸的纳米晶体相比，纳米粒子的尺寸是小的。烃类材料被限定为具有很多碳氢键(C-H)的材料，而碳氢键在很大程度上影响材料的性质。为此，本说明书将烃类材料中的C-H键用C-F、C-Cl、C-Br和C-I键取代的材料也限定为烃类材料。