[发明专利]包括六边形晶体的纳米结构的光电器件

说明书

本发明涉及诸如光电传感器之类的光电器件，例如激光器或二级管或光伏电池之类的发光器件。

诸如大规模光伏电池之类的光电器件的开发需要使用薄膜技术，以便节省原材料和提高产量。

大多数光电器件使用硅半导体元件。硅确实是一种在技术上能很好掌控的富裕元素。

但是，硅的类金刚石晶体结构使之具有较小的吸收系数，尤其是在可见光频谱范围之内。硅的这种较弱的吸收特性导致需要使用较厚(大约200μm)的材料来制作有效的光电器件，例如光伏电池。

这就使得近期硅的价格随着硅晶体需求的增加而增加(持续了几十个世纪)。

此外，使用较大厚度的材料就需要使用非常纯和结晶很好的硅，并因此增加工艺的难度，构成降低成本的主要障碍。

其它材料也可以用于生产薄膜型光电器件，例如具有几微米量级的激励层的光伏电池。

例如，可以在激励层中使用a-Si:H材料来替代晶体硅。然而，由a-Si:H替换晶体硅所获得的光电器件的效率不如包括由晶体硅所构成的激励层的器件。

CdTe、CIGS激励层的使用还存在着一些开发技术不完善和使用稀有元素的缺点。

因此，需要包括特殊材料的激励层的光电器件，这种特殊材料是富裕、廉价、高效的且其可见光吸收系数大于晶体硅的可见光吸收系数。

本发明的目的在于提供这类改进的光电器件。

本发明涉及一种光电器件，包括：

-第一导电层(22)，例如第一半导体接触层，

-第二导电层(24)，例如第二半导体接触层，

-在第一导电层和第二导电层之间的激励层(26)，其中

在第一半导体接触层与第二半导体接触层之间的激励层，所述激励层包括选自碳族的元素或其合金的六边形类型晶体的纳米尺寸结构。

发明人已经观察到，选自碳族的元素或其合金的六边形晶体在近红外的范围内的光吸收效率是相同元素的金刚石晶体的10至100倍，其介于在1至2eV之间。

因此，根据本发明的光电器件的激励层的效率增加并且激励层较使用多晶或金刚石晶体类型的硅可以更薄和更便宜。

根据本发明的其它实施例，本发明的器件可单独或组合包括下述特征：

-至少部分的六边形晶体的纳米结构具有层状结构，

-至少部分的六边形晶体的纳米结构具有单纤维结构，

-至少部分的六边形晶体的纳米结构具有点状结构，

-至少部分的六边形晶体的纳米结构具有至少一个方向例如轴向的或纵向的应力，

-激励层具有大于或等于10nm的厚度以及小于或等于1000nm的厚度，

-所述碳族元素为硅，

-第一导电层的电子亲和力小于激励层的电子亲和力以及第二导电层的电离能大于激励层的电离能，

-光电器件还包括在激励层和第一导电层之间的第一阻隔层，其具有的电子亲和力大致等于激励层的电子亲和力以及电离能小于激励层的电离能，光电器件还包括在激励层和第二导电层之间的第二阻隔层，其具有的电子亲和力大于激励层的电子亲和力以及电离能大致等于激励层的电离能，

-电子器件构成为光伏电池，

-电子器件构成为光电转换器，

-第一导电层的电子亲和力大于激励层的电子亲和力以及第二导电层的电离能小于激励层的电离能，

-所述光电器件还包括在激励层和第一导电层之间的第一阻隔层，其具有的电子亲和力大致等于第一半导体接触层的电子亲和力以及电离能小于激励层的电离能，光电器件还包括在激励层和第二导电层之间的第二阻隔层，其具有的电子亲和力大于激励层的电子亲和力以及电离能大致等于第二导电层的电离能，

-第一阻隔层的电子亲和离小于第二阻隔层的电子亲和力以及第一阻隔层的电离能小于第二阻隔层的电离能，

-光电器件构成为发光器件，例如二极管或激光器，

-第一和/或第二阻隔层为不掺杂的半导体或绝缘层。

本发明的主要特性及其发明结构和其操作，将通过下文中的非限制性附图和实施例的阐述变得明晰，其中相同的附图标记表示相似的部分，附图包括：

图1示出了硅的不同晶体项的吸收系数；

图2示出了根据本发明第一实施例的光电器件的结构；

图3示出了根据本发明第二实施例的光电器件的结构；以及，

图4至图6示出了根据本发明光电器件的结构的实例。