[发明专利]具有提高的光电压的多结人工光合电池

权利要求书

1.一种多结人工光合单元，包括：

包含多个孔的保护结构；

多个有源元件，每个有源元件形成在保护结构的相应孔中并在第一端和第二端之间延伸，每个有源元件包括：

多个半导体层，其被布置成使得堆叠在有源元件内的每个连续半导体层被配置为当有源元件暴露于太阳辐射时产生基本上等于相邻半导体层的电流密度的电流密度；和

一个或多个金属层，其被设置在多个堆叠半导体层中的每个之间，每个所述金属层由此与相邻的半导体层的表面形成肖特基势垒结或欧姆结；和

第一电催化剂帽，其被设置在每个有源元件的第一端，和第二电催化剂帽，其被设置在每个有源元件的第二端。

2.如权利要求1所述的多结人工光合单元，还包括连接到所述保护结构的一个面的导电基底，所述导电基底用作工作电极，用于在保护结构内进一步沉积层。

3.如权利要求1所述的多结人工光合单元，其中所述保护结构被形成为多孔氧化铝材料。

4.如权利要求1所述的多结人工光合单元，其中，与第一半导体层相关的一个或多个金属层包括第一肖特基金属层和第一欧姆金属层，其被配置在第一半导体层的两对面。

5.如权利要求4所述的多结人工光合单元，其中，与第二半导体层相关的一个或多个金属层包括被布置在相邻于第一欧姆金属层的第二半导体层的表面上的第二肖特基金属层。

6.如权利要求1至5的任一项所述的多结人工光合单元，其中，第一半导体层和相邻于第一半导体层的第二半导体层具有相同的组成，且其中所述第二半导体层具有大于所述第一半导体的厚度的厚度，从而使得当有源元件暴露于太阳辐射时，第二半导体层能够产生基本上等于第一半导体层的电流密度的电流密度。

7.如权利要求6所述的多结人工光合单元，还包括相对于第二半导体层在有源元件内更深地设置的一个或多个更低部分，所述更低部分的每个都具有与所述第一和第二半导体层相同组成的半导体层，且每个更低部分的每个半导体层随着距离所述第一半导体层的距离增加具有依次更大的厚度。

8.如权利要求6所述的多结人工光合单元，其中，所述第一和第二半导体层由CdTe、CuInSe₂、CdSe、CdS和Cu₂O的一种或多种形成。

9.如权利要求1所述的多结人工光合单元，其中，所述一个或多个金属层的至少一个与相邻的半导体层的表面形成欧姆结，且由一种或多种第IIB族和IIIA族金属形成。

10.如权利要求1所述的多结人工光合单元，其中，所述一个或多个金属层的至少一个与相邻的半导体层的表面形成肖特基势垒结，且由一种或多种贵金属形成。

11.如权利要求1所述的多结人工光合单元，其中所述第一电催化剂帽和第二电催化剂帽由选自由过渡金属、贵金属、金属氧化物、导电聚合物、钙钛矿和尖晶石型氧化物组成的组的材料形成。

12.如权利要求1-5或7-11的任一项所述的多结人工光合单元，其中，第一半导体层由第一半导体材料形成并且具有第一能量带隙，且其中相对于第一半导体层在有源元件内更深地设置的第二半导体层由第二半导体材料形成并且具有第二能量带隙，所述第二能量带隙比所述第一能带量隙小，从而使得当有源元件暴露于太阳辐射时，第二半导体层能够产生基本上等于第一半导体层的电流密度的电流密度。

13.如权利要求12所述的多结人工光合单元，还包括相对于第二半导体层在有源元件内更深地设置的一个或多个更低部分，每个更低部分都具有由与所述第一和第二半导体层不同的半导体材料形成的半导体层，且每个更低部分的每个半导体层随着距离所述第一半导体层的距离增加具有依次更低的能量带隙。