[发明专利]光电池及其制造方法

权利要求书

1.一种光电池，包括：

第一电极；

第二电极；以及

包括位于所述第一电极和所述第二电极之间并且与所述第一电极和所述第二电极电接触的半导体纳米晶体的光电材料；

其中：

在从所述第一电极到所述第二电极的方向上的所述光电材料的宽度小于200纳米；

在与所述光电材料的宽度大致垂直的方向上的所述光电材料的高度至少为1微米；

所述半导体纳米晶体包括下列至少之一：

a)具有带隙等于或者小于0.8eV的半导体纳米晶体，因而所述光电材料响应于太阳辐射的辐照而呈现多激子效应；或者

b)包括第一组半导体纳米晶体和第二组半导体纳米晶体的半导体纳米晶体，其中，所述第一组半导体纳米晶体具有与所述第二组半导体纳米晶体不同的带隙能量。

2.根据权利要求1所述的光电池，其中：

在与入射太阳辐射的预期方向大致垂直的方向上的所述光电材料的宽度足够小以充分阻止由于电荷载流子复合和散射造成的电荷载流子能量损失；以及

在与入射太阳辐射的所述预期方向大致平行的方向上的所述光电材料的高度足够大以光电吸收波长范围为50纳米到2000纳米的光子的至少90％。

3.根据权利要求1所述的光电池，其中：

在与入射太阳辐射的预期方向大致垂直的方向上的所述光电材料的宽度足够小以充分阻止在所述光电材料中光生电荷载流子向所述第一电极和所述第二电极中的至少一个电极跃迁期间产生声子；以及

在与入射太阳辐射的所述预期方向大致平行的方向上的所述光电材料的高度足够大以将所述入射太阳辐射中的入射光子的至少90％转换成电荷载流子。

4.根据权利要求1所述的光电池，其中：

所述光电材料的宽度在10纳米到20纳米之间；以及

所述光电材料的高度为2微米到30微米。

5.根据权利要求1所述的光电池，其中：

所述第一电极包括纳米棒；

所述光电材料围绕所述纳米棒的至少下部；并且

所述第二电极围绕所述光电材料以形成纳米同轴。

6.根据权利要求5所述的光电池，其中，所述纳米棒包括碳纳米管或者导电纳米线。

7.根据权利要求5所述的光电池，其中，所述纳米棒的上部延伸超出所述光电材料并且形成所述光电池的光学天线。

8.根据权利要求1所述的光电池，其中：

所述半导体纳米晶体包括所述第一组半导体纳米晶体和所述第二组半导体纳米晶体；并且

所述第一组半导体纳米晶体包括下列至少之一：与所述第二组半导体纳米晶体成分不同或者与所述第二组半导体纳米晶体平均直径不同。

9.根据权利要求8所述的光电池，其中，所述光电材料还包括第三组半导体纳米晶体，其中，所述第三组半导体纳米晶体具有与所述第一组半导体纳米晶体和所述第二组半导体纳米晶体不同的带隙能量。

10.根据权利要求8所述的光电池，其中，至少所述第一组半导体纳米晶体具有显著小于太阳辐射峰值能量的带隙，因而所述光电材料响应于太阳辐射的辐照而呈现多激子效应。

11.根据权利要求1所述的光电池，其中，所述半导体纳米晶体具有显著小于太阳辐射峰值能量的带隙，因而所述光电材料响应于太阳辐射的辐照而呈现多激子效应。

12.根据权利要求11所述的光电池，其中，所述半导体纳米晶体的带隙在0.1电子伏特到0.8电子伏特之间。

13.根据权利要求12所述的光电池，其中，所述半导体纳米晶体选自：Ge、SiGe、PbSe、PbTe、SnTe、SnSe、Bi₂Te₃、Sb₂Te₃、PbS、Bi₂Se₃、InAs、InSb、CdTe、CdS或CdSe。

14.根据权利要求1所述的光电池，其中，所述光电池包括光电池阵列的一部分。

15.根据权利要求1所述的光电池，其中，所述半导体纳米晶体位于光学透明基体材料中，所述光学透明基体材料包括光学透明聚合物基体材料或光学透明无机氧化物基体材料。