[发明专利]包含第Ⅳ-Ⅵ族半导体核-壳纳米晶的光伏电池

权利要求书

1.一种包含作为光活性成分的第IV-VI族半导体纳米晶的光伏电池，其中所述纳米晶是：

(i)核-壳半导体纳米晶，其每一个包含具有选定带隙能的第一IV-VI族半导体材料的核和由第二IV-VI族半导体材料组成的核外覆壳；或

(ii)核-合金化壳半导体纳米晶，其每一个包含具有选定带隙能的第一IV-VI族半导体材料的核和由所述第一IV-VI族半导体材料与第二IV-VI族半导体材料的合金组成的核外覆合金化壳。

2.如权利要求1所述的光伏电池，其中所述纳米晶是核-壳半导体纳米晶。

3.如权利要求1所述的光伏电池，其中所述纳米晶是核-合金化壳半导体纳米晶。

4.如权利要求1所述的光伏电池，其中所述纳米晶为球形或棒形。

5.如权利要求1所述的光伏电池，其中核和核外覆壳，如果存在的话，它们每一个独立地具有AB或AC的结构；以及所述核外覆合金化壳，如果存在的话，由AB_xC_1-x结构的合金组成，其中A是Pb；B和C各自独立地是S、Se或Te；x是B的摩尔分数且1-x是C的摩尔分数，x在其中x＜1且x＞0的范围内逐渐变化。

6.如权利要求1所述的光伏电池，其中所述核半导体材料的带隙能在红外范围内。

7.如权利要求6所述的光伏电池，其中所述核半导体材料是PbS、PbSe或PbTe，优选PbSe；所述核外覆壳，如果存在的话，由PbS、PbSe或PbTe制成，优选PbS；以及所述核外覆合金化壳，如果存在的话，具有PbSe_xS_1-x结构，其中x是Se的摩尔分数且1-x是S的摩尔分数，x在其中x＜1且x＞0的范围内逐渐变化。

8.如权利要求7所述的光伏电池，其中(i)所述纳米晶是核-壳半导体纳米晶，所述核半导体材料是PbSe且核-外覆壳由PbS制成；或(ii)所述纳米晶是核-合金化壳半导体纳米晶，所述核半导体材料是PbSe且核-外覆合金化壳材料具有PbSe_xS_1-x结构，其中x是Se的摩尔分数且1-x是S的摩尔分数，x在其中x＜1且x＞0的范围内逐渐变化。

9.如权利要求1所述的光伏电池，其中所述纳米晶中的每一个是核-合金化壳半导体纳米晶，所述合金化壳表现出晶格间距的逐渐变化和/或介电常数的逐渐变化。

10.如权利要求1所述的光伏电池，其中所述第IV-VI族半导体纳米晶具有在800-3500纳米的光谱范围内的可调单激子吸收。

11.如权利要求1所述的光伏电池，其中所述纳米晶的尺寸在大约2至大约50纳米，更优选大约2纳米至大约20纳米的范围内。

12.如权利要求1所述的光伏电池，其中所述第IV-VI族半导体纳米晶具有导致多载流子生成的在紫外和可见光谱区域内激发的碰撞电离过程，由此能够获得覆盖宽光谱范围的吸收过程。

13.如权利要求1所述的光伏电池，其中所述第IV-VI族半导体纳米晶具有有效的内部载荷子分离。

14.如权利要求1所述的光伏电池，其中所述纳米晶表现出直径低于5％的均方根偏差(RMSD)。

15.如权利要求1所述的光伏电池，其中所述纳米晶表现出具有高于20％、优选高于40％，更优选高于60％，最优选大约80％的量子产率的光致发光。

16.如权利要求1至15中任一项所述的光伏电池，其中所述纳米晶以单层薄膜堆积，夹在集电极之间并在p-i-n构型中起绝缘层的作用，其中所述纳米晶的每一个中的有效内部电荷分离允许使载荷子迁移到相应的集电极。

17.如权利要求1至15中任一项所述的光伏电池，其中所述纳米晶以双层异质结堆积，所述双层异质结包含具有促进供体-受体对的电荷传输的交错能带排列的纳米晶的层与纳米晶的第二层或导电聚合物膜的组合，其夹在集电极之间。