CN101421051A - 具有纳米结构层的光伏装置 - Google Patents

Abstract

提供光伏装置或太阳能电池。本发明特别提供具有增加太阳能电池效率的IR和/或UV吸收纳米结构层的光伏装置。在一些实施例中，纳米结构材料与主要在可见区中吸收的晶态硅(单晶或多晶)太阳能电池和薄膜(非晶硅、宏晶硅、CdTe、CIGS和III－V材料)太阳能电池中的一个或多个集成。在一些实施例中，纳米颗粒材料包括各种尺寸的量子点、棒或多脚。

Description

具有纳米结构层的光伏装置

技术领域

总体来说，本发明涉及光生伏特(photovoltaics)或太阳能电池(solar cell)的领域。本发明更特别涉及具有纳米结构层(nanostructured layers)的光伏装置。

背景技术

油价上涨提高了发展成本合算的可再生能量的重要性。全世界都在努力发展成本合算的太阳能电池以收获太阳能。目前的太阳能技术可以广泛地分类成晶态硅和薄膜技术。超过90％的太阳能电池由硅制成——单晶硅、多晶硅或非晶硅。

历史上使用晶态硅(c-Si)作为多数太阳能电池中的吸光半导体，虽然它是相对差的吸光材料并要求相当的材料厚度(几百微米)。但是，其被证明是方便的，这是由于其产生具有良好效率(12-20％，理论最大值的一半到三分之二)的稳定的太阳能电池，并使用根据微电子工业的知识开发的加工技术。

工业中使用两种类型的晶态硅。第一种是单晶硅，通过将高纯度单晶锭(boule)切割成晶片(wafer)(大约150mm直径和350微米厚)来生产。第二种是多晶硅，通过将硅的铸块(cast block)首先锯成杆(bar)然后锯成晶片来制造。晶态硅电池制造的主要趋势是向着多晶技术。

对于单晶和多晶Si来说，半导体p-n结都是通过将磷(n型掺杂物)扩散到硼掺杂的(p型)Si晶片的顶面中而形成的。网版印刷触点(screen-printedcontact)被施加到电池的正面和背面，正面触点图案被特别设计以允许电池中的最小电(电阻)损耗和Si材料的最大曝光量。

硅太阳能电池是非常昂贵的。其制造是成熟的而不会有显著的成本降低。硅不是用在太阳能电池中的理想材料，这是由于其主要在如图1所示的太阳光谱的可见区中吸收。显著量的太阳辐射包括如图2所示的IR(红外)光子。这些IR光子不被硅太阳能电池收获，从而限制其转换效率。

第二代太阳能电池技术是基于薄膜。两种主要的薄膜技术是如图3所示的非晶硅和二硒化铜铟镓(CIGS)。

非晶硅(a-Si)被看作1980年代“仅有的”薄膜PV材料。但在其末期及1990年代初期，由于非晶硅(a-Si)的低效率和不稳定性，其被很多观察者所抛弃。然而，非晶硅技术对于开发非常高级的解决多结结构(multijunction configuration)问题的方案具有重大进步。现在商业应用的多结a-Si模块可以在7％-9％效率范围内。United Solar and Kaneka已经建造了25MW的设施，有几个公司已经宣布在日本和德国建立制造工厂的计划。

a-Si技术的关键障碍是低效率(稳定为约10％)、光致效率降低(这要求更复杂的电池设计诸如复结(multiple junction))和加工成本(制造方法基于真空且相当缓慢)。所有这些问题都对制造成本合算的a-Si模块的前景是重要的。

非晶硅太阳能电池还具有差的IR吸收且不能从太阳光谱的IR光子收获能量。微晶硅将吸收延伸到较长的波长但在IR区中吸收仍是差的。各种反射器设计被用来增大非晶硅太阳能电池中的IR收获。这些反射器由于不能将非晶硅的IR吸收延伸到超过1000nm而显著增加了成本却仅提供有限的益处。如果可以开发出可以成本合算地与非晶和微晶硅太阳能电池集成的IR吸收层，则可以实现显著的效率改善。

由二硒化铜铟镓(CIGS)吸收器制成的薄膜太阳能电池有望实现10-12％的高转换效率。CIGS太阳能电池的创纪录的(record)高效率(19.2％NREL)与由诸如碲化镉(CdTe)或非晶硅(a-Si)的其他薄膜技术得到的相比是迄今最高的。

这些破纪录的小面积装置已经使用真空蒸发技术来制备，真空蒸发技术是资本密集且非常昂贵的。在大面积衬底上制备成分均匀的CIGS膜是非常有挑战性的。该限制也影响加工产量，通常产量很低。由于这些限制，生产技术的实施对于薄膜太阳能电池和模块的大规模、低成本的商业生产来说还未成功并且对于现今的晶态硅太阳能模块是不具竞争力的。

为了克服使用昂贵的真空设备的物理气相沉积技术的限制，多个公司已经在对CIGS太阳能电池的制造开发高产量的真空工艺(例如：DayStar、Global Solar)和非真空工艺(例如：ISET、Nanosolar)。使用油墨技术(inktechnology)，可以在相对低的资本设备成本下实现非常高活性材料的利用。其组合效应是薄膜太阳能装置的低成本制造工艺。可以在柔性衬底上制造CIGS，使得可能减小太阳能电池的重量。期望CIGS太阳能电池的成本低于晶态硅而使其即使在较低效率时也具有竞争力。CIGS太阳能电池的两个主要问题是：(1)还没有获得更高效率的明确途径以及(2)高的加工温度使得难于使用高速轧辊(roll)来轧辊加工并因此不能获得可以由非晶硅太阳能电池获得的显著较低成本的结构。

CIGS太阳能电池也具有差的IR吸收且不从太阳光谱的IR光子吸收或收获能量。如果可以开发出可以成本合算地与CIGS太阳能电池集成的IR吸收层，则可以实现效率的改善。

目前可用的技术具有明显的问题。例如，现在具有大于90％市场份额的晶态硅太阳能电池非常昂贵。与化石燃料的小于10美分每kwh相比，c-硅太阳能电池的太阳能花费大约25美分每kwh。另外，安装太阳能面板的资本成本极高，从而限制其使用率。晶态太阳能电池技术是成熟的，并且不太可能在不久的将来改善性能和成本竞争力。非晶硅薄膜技术可以大量制造而产生低成本的太阳能电池。然而，非晶和微晶硅太阳能电池仅在可见区吸收且不收获IR区中的任何光子。

在现有技术中存在将此种IR吸收薄膜层与硅层组合以增加太阳能转换效率的大量实例。在文献中使用的IR吸收薄膜层是通过昂贵的真空沉积工艺沉积的。文献中的实例包括多结电池和串联(tandem)电池。文献中的实例包括(1)由两个单独的电池制成的四端子装置以及(2)结合隧道结(tunneljunction)制成的两端子装置。文献中已知的所有这些实例对生产来说都是非常昂贵的，从而限制了其商业应用。

国家可再生能量实验室(National Renewable Energy Lab，NREL)于2001年启动了高效率串联太阳能电池项目，其主要目的是获得高效率。大量的半导体材料诸如SiGe、PbSe、PbS和III-V材料在IR区吸收并可以用于收获IR光子。NREL的研究者已经证实宽带多结太阳能电池可以通过将在不同波长范围吸收的电池堆叠来制备。串联太阳能电池在单个电池中将具有不同带隙的多种材料串联使用。尽管建立串联太阳能电池已经取得显著的进步，但仍有诸多限制。这些串联电池不太可能实现商业应用的成本竞争力。这些多结串联电池设计异常复杂(由于电流平衡的要求)且趋于非常昂贵。因此这些串联电池仅限于用于成本不是关键驱动因素的国防、空间和陆地(terrestrial)应用。然而，此种设计不太可能变得足够经济以用于商业太阳能电池应用。

下一代太阳能电池要求在轻重量和低成本的同时真正实现高效率。两种潜在的候选物是(1)聚合物太阳能电池和(2)纳米颗粒太阳能电池。聚合物太阳能电池具有低成本的潜力是由于在适当温度(小于150℃)的轧辊到轧辊的加工(roll to roll processing)。然而，聚合物有两个主要缺点：(1)由慢的电荷输运导致的差的效率以及(2)差的稳定性——特别是对UV(紫外光)。因此聚合物太阳能电池不太可能实现所需性能以成为下一代太阳能电池。

几个研究组已经在进行基于量子点的太阳能电池的实验研究。迄今报导的最好效率是小于5％。这些纳米颗粒太阳能电池的低效率的主要原因是电荷复合(charge recombination)，这是由于(1)纳米颗粒的表面电荷和(2)聚合物主体(host)中的差的电荷输运。需要开发新的合成方法来制备没有表面电荷效应的量子点。为了减小聚合物主体对电荷输运的影响，提出了具有大纵横比(aspect ratio)的量子棒。加州大学伯克利分校的研究者指出，使用纵横比大于10∶1的量子棒可以获得较好的效率。

多伦多大学和布法罗大学(University of Buffalo)已经报导了IR吸收纳米颗粒。多伦多大学的Ted Sargent的团队基于溶液加工，通过将直径为4纳米(nm)的硫化铅半导体纳米晶悬浮于半导体塑料中制造了红外光生伏特(Nature Materials 2005，4，138-142)。4nm的PbS球比激发的电子轨道的半径小。这个称作量子限域(quantum confinement)的效应是指量子点开始吸收能量的光波长与晶体的尺寸直接相关。这意味着通过改变纳米晶的尺寸，可以把塑料太阳能电池调整到任何所需波长，从IR到可见光谱。通过控制纳米晶的尺寸，太阳能电池可以调整为在980、1200和1355nm波长吸收IR光并将其转换成电流。IR光生伏特具有更大的潜力，这是由于太阳光中一半的能量发生在IR中，在波长为700nm到2微米的范围。Sargent的第一个IR系统具有0.001％的深度探测(abysmal-sounding)功率转换效率。

布法罗大学(UB)的Paras Prasad团队开发出了包括磷化铟(InP)纳米晶的有效IR吸收量子点光生伏特。InP量子点展示了与其他量子点可比的发光效率，但其也发射光谱红区中的较长波长的光。由于红光发射意味着这些量子点能够收获IR区中的光子，因此这是一个关键的优势。包括硒化镉的量子点主要在下(lower)可见波长范围发光。硅太阳能电池主要在绿区起作用，因此仅捕获少许的可用光能。相反，硒化铅量子点可以在红外区吸收，以允许开发出可以将比目前的硅太阳能电池多很多倍的光有效地转换成可用能量的光伏电池。UB组证实了对于InP量子点的3％量子效率。他们的工作描述在于2005年八月11日在线发表在Applied Physics Letters中的论文“Efficient photoconductive devices at infrared wavelengths using quantumdot-polymer nanocomposites”中。

因此，仍有许多挑战，并且有进一步开发的显著需要。

发明内容

本发明的实施例总体涉及光生伏特或太阳能电池的领域。本发明更特别提供具有IR和/或UV吸收纳米结构层的光伏装置。

在一个方面，本发明的实施例提供光伏装置，包括：第一光活层，包括表现出基本在太阳光谱的可见区中吸收辐射的半导体材料；以及第二光活层，包括表现出基本在太阳光谱的IR区中吸收辐射的纳米结构材料。复合层设置在第一和第二层之间，并构造成促进第一和第二层之间的电荷输运。

在另一方面，本发明提供光伏装置，包括：第一光活层；顶光活层，设置在第一层之上，所述顶光活层包括表现出比第一层的带隙大的带隙的材料；以及底光活层，设置在第一层之下，所述底光活层包括表现出比第一层的带隙小的带隙的材料。在一些实施例中，顶光活层表现出2ev和更大的带隙，以及底光活层表现出1.2ev和更小的带隙。

在又一方面，本发明的实施例提供光伏装置，包括：第一光活层，包括表现出基本在太阳光谱的可见区中吸收辐射的半导体材料；以及顶光活层，包括表现出基本在太阳光谱的UV区中吸收辐射的一种或多种纳米颗粒。复合层设置在第一层和顶层之间，并构造成促进第一层和顶层之间的电荷输运。

在进一方面，本发明的实施例提供光伏装置，包括：第一光活层，包括表现出基本在太阳光谱的可见区中吸收辐射的半导体材料；以及形成在第一层之上的顶光活层，包括表现出基本在太阳光谱的UV区中吸收辐射的纳米结构材料。复合层设置在第一层和顶层之间，并构造成促进第一层和顶层之间的电荷输运。底光活层形成在第一光活层之下，包括表现出基本在太阳光谱的IR区中吸收辐射的纳米结构材料。第二复合层设置在第一层和底层之间，并构造成促进第一层和底层之间的电荷输运。

纳米结构材料是包括纳米尺寸的材料或颗粒的任何合适的材料。这些纳米尺寸的材料或颗粒可以分散在另一材料诸如前驱体(precursor)或载体(carrier)化合物中。例如，在一些实施例中，纳米结构材料是包括空穴导电或电子导电聚合物及分散在其中的补充(complimentary)纳米颗粒的纳米复合材料。纳米复合材料可以包括分散在聚合物中的一种或多种纳米颗粒。在其他实施例中，纳米结构材料包括半导体点、棒或多脚(multipod)中任一个或多个。多脚可以包括双和三棒结构，或者其他2和3维结构。合适的纳米颗粒材料的实例包括但不限于PbSe、PbS、CdHgTe、Si或SiGe中任一个或多个。特别有利的是，纳米颗粒的尺寸和/或组成可以选为提供辐射吸收的范围，从而提高装置的吸收效率。

在其他实施例中，纳米结构材料包括光敏纳米颗粒和导电纳米颗粒的混合物。光敏和导电纳米颗粒之一可以被功能化，或者可以该两者都被功能化。导电纳米颗粒的实例包括但不限于单壁碳纳米管(SWCNT)、TiO₂纳米管或ZnO纳米线中任一个或多个。光敏纳米颗粒的实例包括但不限于CdSe、ZnSe、PbSe、InP、Si、Ge、SiGe或III-V族材料中任一个或多个。

在一些实施例中，复合层可以包括有包括传导与纳米结构材料相反电荷的材料的掺杂层。因此在一些实施例中，复合层会包括与纳米结构材料中的导电聚合物电荷相反的掺杂层。可选地，复合层是包括传导与纳米结构材料中的纳米颗粒相反电荷的材料的掺杂层。复合层可以进一步包括耦合到掺杂层的金属层和/或绝缘层。

第一光活层可以包括非晶硅、单晶硅、多晶硅、微晶硅、纳晶硅、CdTe、二硒化铜铟镓(CIGS)或III-V族半导体材料中任一个。在另一实施例中，第一光活层包括空穴导电或电子导电的有机材料。例如，第一光活层可以包括P-I-N半导体或P-N半导体。在可选实施例中，第一光活层包括P3HT、P3OT、MEH-PPV、PCBM、CuPe、PCTBI或C60中任一个或多个。

在一个示范性实施例中，第二层包括纳米结构材料，该纳米结构材料包括分散在空穴导电聚合物中的一种或多种无机纳米颗粒，并且复合层包括：N+掺杂层；和耦合到所述N+掺杂层的金属层。

附图说明

本发明的前述和其他方面在考虑以下结合附图的详细描述时会是明显的，在所有附图中类似的附图标记表示类似的部分，并且附图中：

图1示出已知的非晶硅吸收光谱；

图2示出已知的微晶硅吸收光谱；

图3示出常规的非晶硅太阳能电池设计；

图4是核-壳量子点(实例：PbSe、PbS和InP)的示意图；

图5示出根据本发明实施例的在不同色彩吸收和发射的不同尺寸的量子点(QD)；

图6示出覆盖有诸如三正辛基氧化膦(TOPO，tr-n-octyl phosphine oxide)的溶剂的纳米颗粒；

图7示出根据本发明实施例制备的功能化纳米颗粒；

图8是示出IR吸收或收获纳米颗粒层与非晶或微晶硅层集成的本发明的光伏装置的一个实施例的示意图；

图9是示出本发明的复合层的一个实施例的示意图；

图10示出IR收获纳米颗粒层与多晶或单晶硅层集成的本发明的光伏装置的另一实施例的示意图；

图11示出根据本发明实施例的具有IR收获纳米颗粒层与CdTe层集成的光伏装置；

图12示出根据本发明实施例的具有IR收获纳米颗粒层与CIGS层集成的光伏装置；

图13示出UV吸收或收获纳米颗粒层与非晶或微晶硅层集成的本发明的光伏装置的一个实施例的示意图；

图14是示出UV收获纳米颗粒层与多晶或单晶硅层集成的本发明的光伏装置的一个实施例的示意图；

图15示出具有UV收获纳米颗粒层与CdTe层集成的本发明的光伏装置的一个实施例的示意图；

图16示出具有UV收获纳米颗粒层与CIGS层集成的本发明的光伏装置的一个实施例的示意图；

图17示出根据本发明实施例的具有UV和IR吸收或收获纳米颗粒层与非晶或微晶硅层集成的光伏装置；

图18示出根据本发明实施例的具有UV和IR收获纳米颗粒层与多晶或单晶硅层集成的光伏装置；

图19示出根据本发明实施例的与CdTe层集成的UV和IR收获纳米颗粒层；

图20示出根据本发明实施例的与CIGS层集成的UV和IR收获纳米颗粒层；

图21示出具有与III-V半导体层集成的UV收获纳米颗粒层的本发明的光伏装置的另一实施例；

图22示出根据本发明实施例的与IR收获纳米颗粒集成的四结晶态硅太阳能电池；

图23示出根据本发明实施例的与UV收获纳米颗粒集成的四结晶态硅太阳能电池；

图24示出根据本发明实施例的与IR收获纳米颗粒集成的四结薄膜太阳能电池；

图25示出根据本发明实施例的与UV收获纳米颗粒集成的四结薄膜太阳能电池；

图26示出根据本发明实施例的具有分散在聚合物前驱体中的光敏纳米颗粒光收获层的纳米复合材料光伏装置的示意图；

图27示出根据本发明实施例的具有分散在聚合物和聚合物前驱体的混合物中的光敏纳米颗粒光收获层的纳米复合材料光伏装置的示意图；

图28示出根据本发明实施例的具有分散在聚合物前驱体中的光敏纳米颗粒敏化(sensitize)碳纳米管(SWCNT)的光收获层的纳米复合材料光伏装置的示意图；

图29示出根据本发明实施例的具有分散在聚合物和聚合物前驱体的混合物中的光敏纳米颗粒敏化碳纳米管(SWCNT)的光收获层的纳米复合材料光伏装置；

图30示出根据本发明实施例的具有分散在聚合物和聚合物前驱体的混合物中的光敏纳米颗粒和诸如SWCNT的导电纳米结构的光收获层的纳米复合材料光伏装置；

图31示出根据本发明实施例的具有分散在聚合物和聚合物前驱体的混合物中的光敏纳米颗粒和诸如SWCNT的导电纳米结构的光收获层的纳米复合材料光伏装置；以及

图32是示出根据本发明实施例的具有包含可聚合前驱体的光收获层的光伏装置的制备方法的工艺流程图。

具体实施方式

本发明的实施例总体来说涉及光伏或太阳能电池的领域。本发明更特别提供了具有IR和/或UV吸收纳米结构层的光伏装置。术语光伏装置和太阳能电池在整个描述中是可互换使用的。

本发明进一步涉及通过集成IR光子吸收或收获和/或UV光子吸收或收获纳米结构材料来成本合算地增大太阳能电池的效率。在一些实施例中，纳米结构材料与其吸收主要在可见区中的晶态硅(单晶或多晶)太阳能电池和薄膜(非晶硅、微晶硅、CdTe、CIGS和III-V材料)太阳能电池中的一个或多个集成。在一些实施例中，纳米结构材料包括一种或多种与第一层材料集成的纳米颗粒，第一层材料表现出基本在可见光谱中的辐射吸收。在一些实施例中，纳米颗粒层包括各种尺寸的量子点、棒和多脚。在一个实施例中，如图5所示，纳米颗粒的尺寸在大约2nm到10nm范围内，更典型的是在大约2nm到6nm范围内。小的纳米颗粒在光谱的蓝端吸收而大尺寸的纳米颗粒在光谱的红端吸收。

纳米颗粒层优选包括各种发光材料。适合的材料的实例包括但不限于，CdSe、PbSe、ZnSe、CdS、PbS、Si、Ge、SiGe、InP或III-V半导体。PbS、PbSe和SiGe是IR吸收纳米颗粒的实例。ZnSe是UV吸收纳米颗粒的实例。各种化学和颗粒尺寸的IR吸收和UV吸收纳米颗粒可以根据现有技术已知的方法来制备。

在可选实施例中，纳米结构层包括通过将纳米颗粒分散到导电聚合物基体中而获得的聚合物复合材料。在一些实施例中，纳米颗粒具有图4所示的核-壳结构。在此情况中，核-壳的核10可以包括半导体材料，诸如III-V、II-IV半导体等。壳20可以包括另一种半导体材料或溶剂，例如如图6所示的TOPO。在一些实施例中，纳米颗粒被功能化，诸如用有机基团以便于其在导电聚合物基体中的分散。图7示出示范性实施例，其中纳米颗粒(这里也称作量子点“QD”)包括IV、II-IV、III-V、II-VI、IV-VI族材料。可选地，纳米颗粒30包括CdSe、PbSe、ZnSe、CdS、PbS、Si、SiGe或Ge中的任一个或多个。在一些实例中，纳米颗粒用功能基团40诸如羧基(carboxylic)(-COOH)、氨基(amine)(-NH₂)、膦酸基(phosfonate)(-PO₄)、磺酸基(sulfonate)(-HSO₃)、氨基乙硫醇基(aminoethanethiol)等功能化。

纳米颗粒层可以通过已知的溶液加工方法诸如旋涂(spin coating)、浸涂(dip coating)、喷墨印刷(ink-jet printing)等来沉积。如果适用，纳米颗粒也可以通过真空沉积技术来沉积。厚度、颗粒尺寸、发光材料类型、聚合物材料(如果使用)类型和聚合物复合材料(如果使用聚合物复合材料)中纳米颗粒的填充量(loading level)可以调节以最大化IR吸收纳米颗粒在IR区中和UV吸收纳米颗粒在UV区中的吸收。

在其他实施例中，纳米结构材料包括光敏纳米颗粒和导电纳米颗粒的混合物。光敏和导电纳米颗粒之一可以功能化，也可以这两者都功能化。导电纳米颗粒的实例包括但不限于，单壁碳纳米管(SWCNT)、TiO₂纳米管或ZnO纳米线中任一个或多个。光敏纳米颗粒的实例包括但不限于，CdSe、ZnSe、PbSe、InP、Si、Ge、SiGe或III-V族材料中任一个或多个。

另一方面，本发明涉及光伏装置构造(architecture)的开发，该构造促进基于纳米颗粒的有效的光伏装置。在一些实施例中，光敏纳米颗粒(量子点、棒、双脚(bipod)、三脚(tripod)、多脚、线等)分散在高迁移率导电聚合物的前驱体中以形成辐射或光收获薄膜层，该薄膜层层合在两个导电电极之间，这两个电极中至少一个是透明的。前驱体优选为低分子量，从而其能够在去除溶剂后形成前驱体/纳米颗粒薄膜时共形地(conformally)覆盖纳米颗粒。也可以由此方式功能化纳米颗粒，从而便于用前驱体共形覆盖纳米颗粒。随后通过热方法或使用UV辐射使前驱体聚合，从而获得其中的光敏纳米颗粒完全密封(encapsulate)在高迁移率导电聚合物中的薄膜并且便于当纳米颗粒曝光时产生的空穴和电子的快速的电荷输运。

光敏纳米颗粒可以由当曝光时产生电子空穴对的其他光敏材料制成。纳米颗粒可以由硒化镉(CdSe)、硒化锌(ZnSe)、硒化铅(PbSe)、磷化铟(InP)、硫化铅(PbS)、硅(Si)、锗(Ge)、硅锗(SiGe)、III-V材料等制成。

纳米颗粒可以用有机或无机功能基团来功能化。在这种实施例中，附于纳米颗粒表面的功能基团包括但不限于-COOH(羧基(carboxylic))、-PO₄(膦酸基(phosfonate))、-SO₃H(磺酸基(sulfonate))和-NH₂(氨基(amine))中的一个或多个。

高迁移率导电聚合物的实例包括但不限于并五苯(pentacene)、P3HT、PEDOT等。这些聚合物的前驱体可以包括一种或多种热聚合功能基团。环氧基(epoxy)是一种合适的热聚合功能基团的实例。可替代地，前驱体可以包括一种或多种UV聚合功能基团。丙烯酸(acrylic)功能基团是一种合适的UV聚合功能基团的实例。

在一些实施例中，第二导电聚合物材料与高迁移率聚合物前驱体和光敏纳米颗粒结合以辅助前驱体聚合之前的初始成膜。PVK是一种合适的二次(secondary)聚合材料的实例。只要在聚合之后不发生相分离，则优选前驱体和二次聚合物按前驱体对二次聚合物的最大比率混合。在一个实施例中，并五苯是期望使PVK膜塑化(plasticize)的前驱体，以允许光敏纳米颗粒在膜中的均匀分散，也允许用前驱体共形地覆盖纳米颗粒。

在一些实施例中，纳米结构材料层包括光敏和导电纳米颗粒的混合物。导电纳米颗粒诸如碳纳米管、TiO₂纳米管、ZnO纳米线可以与前驱体和光敏纳米颗粒(可选与第二导电聚合物)混合以进一步增进当纳米颗粒曝光时由其产生的电子和空穴的电荷分离。

在其他实施例中，光敏纳米颗粒是离散的颗粒，或者可选为其附于诸如碳纳米管(SWCNT)、TiO₂纳米管或ZnO纳米线的导电纳米结构。

光敏纳米颗粒可以通过分子自组装而化学粘附于基于碳纳米管的导电纳米结构，从而在碳纳米管上形成这些纳米颗粒的单层。导电碳纳米管通过现有技术中已知的方法制备。在一些实施例中，碳纳米管优选包括单壁碳纳米管(SWCNT)。可以功能化碳纳米管以便于其在适当溶剂中的分散。功能化的纳米颗粒在碳纳米管上与适当的功能基团(例如羧基或其他)反应以通过分子自组装工艺来沉积致密连续的单层纳米颗粒。通过调节纳米颗粒和碳纳米管上的功能基团，可以调节纳米结构表面和纳米颗粒之间的距离，从而使表面状态效应最小化以便于电荷复合。维持该距离以使电子通过该间隙从纳米颗粒隧穿到高度导电纳米结构。在一些实施例中，该距离为几埃，优选为小于5埃。电子容易输运会消除电荷复合从而导致有效的电荷分离，其结果是有效的太阳能转换。在一个实施例中，光敏纳米颗粒通过在适当溶剂中反应而附于碳纳米管。导电碳纳米管可以通过现有技术中已知的方法直接在衬底(例如金属箔、由诸如ITO的导电氧化物涂覆的玻璃)上生长。光敏纳米颗粒可以附在生长在衬底上的碳纳米管上。

本发明的另一方面教导光伏装置构造，其中不同尺寸的光敏纳米颗粒分散在高迁移率聚合物前驱体中以形成层合在两个电极之间的单层，至少一个电极是透明的。可选将第二聚合物和/或导电纳米结构混在包含纳米颗粒和前驱体的层中。

此外，本发明的实施例提供具有多层结构的光伏装置构造，其中各层包括的一种或多种尺寸的光敏纳米颗粒分散在高迁移率聚合物前驱体中以形成层合在两个电极之间的单层，其中至少一个电极是透明的。可选将第二聚合物和/或导电纳米结构混在包含纳米颗粒和前驱体的这些层的每一层中。

本发明进一步提供光伏装置，其中附有分散在高迁移率聚合物前驱体中的(可选结合有第二聚合物)不同尺寸不同材料的光敏纳米颗粒的碳纳米管形成层合在两个电极之间的单层。这两个电极中至少一个是透明的。本发明的实施例包括光伏装置，其中附有单一尺寸的光敏纳米颗粒的碳纳米管堆叠在一起以形成层合在两个电极之间的多层，其中至少一个电极是透明的。另外，本发明提供光伏装置，其中附有单一尺寸单一材料的光敏纳米颗粒的碳纳米管堆叠在一起以形成层合在两个电极之间的多层，其中至少一个电极是透明的。在另一实施例中，提供的光伏装置包括附有多个尺寸单一材料的光敏纳米颗粒的碳纳米管堆叠在一起以形成层合在两个电极之间的多层，其中至少一个电极是透明的。

另一方面，本发明的实施例提供光伏装置，其包括设置在电极和纳米复合材料层之间的空穴输运界面层。实施例包括光伏装置，其中电子输运界面层用在电极和纳米复合材料层之间。

现在参考附图来描述说明性实施例的实例。参考图8，示出了本发明的光伏装置800的一个实施例。在本实施例中，光伏装置通过由现有技术中已知的方法沉积绝缘层820和金属层830而建在玻璃、金属或塑料衬底810上。在IR区800-2000nm(带隙为1.2ev或更小)中吸收的纳米结构材料层840沉积在金属层830上，随后是包括透明导电层(例如ITO)或隧道结层850的复合层。在这些层之后形成设置在纳米结构层840以上的第一光活(photoactive)层855。在本实施例中，第一光活层855包括标准非晶硅层，该标准非晶硅层包括n型非晶硅860、i型非晶硅870和p型非晶硅880。可选地，第一光活层855可以包括微晶硅层，该微晶硅层也包括n型微晶硅、i型微晶硅和p型微晶硅。第一光活层855可以通过现有技术中已知的方法形成。诸如ITO的透明导电层(TCO)890随后沉积在硅层的顶上。光伏装置定向为太阳光8100落在TCO890上。非晶或微晶硅层855的厚度可以调节为使在太阳光谱的可见区中的吸收最大化。本实施例中描述的光伏装置会从太阳光谱中收获可见和IR光子，其结果是与不集成IR吸收纳米颗粒的光伏装置设计相比有更高的转换效率。

特别有利的是，复合层或隧道结层850设置在第一光活层和纳米结构层之间。在一些实施例中，复合层可以包括掺杂层，该掺杂层包括传导与纳米结构材料相反的电荷的材料。因此在一些实施例中，复合层会包括电荷与纳米结构材料中的导电聚合物相反的掺杂层。可选地，复合层是包括传导与纳米结构材料中的纳米颗粒相反的电荷的材料的掺杂层。复合层可以进一步包括与掺杂层耦合的金属层和/或绝缘层。

图9更详细地示出复合层850。在下面的实例中，复合层850有时也被称作隧道结层。纳米结构层840包括空穴导电材料，其可以是空穴导电纳米颗粒，或者分散在诸如空穴导电聚合物的空穴导电材料中的纳米颗粒。复合层850包括金属和/或绝缘体层以及p掺杂材料层。通常，复合层是包括传导与纳米结构层相反电荷的材料的掺杂层。这样，复合层是掺杂层850B，其包括传导与纳米颗粒相反的电荷的材料，或者包括根据纳米结构层840的材料的导电聚合物。在一些实施例中，复合层进一步包括与掺杂层850B耦合的金属层850A。复合层可选进一步包括与掺杂层850B耦合的绝缘层(未示出)。

为了为本发明的光伏装置提供适当的顶和底电池连接，提供界面或复合层850，大体如图9所示。在一个实施例中，复合层可以具有掺杂类型与装置的纳米结构层和/或在第一光活层和纳米结构层之间的薄的金属或绝缘层相反的重掺杂非晶硅的附加层，其被认为是顶和底太阳能电池。复合层设置成促进层之间的电荷输运。具体地，复合层设置成能带结构有利于显著增大来自底纳米结构层840(也称作底电池)的空穴和来自第一光活层855(也称作顶电池)的电子之间的复合率(recombination rate)。同时，在e-h复合过程中的SS参与(participation)被顶和底电池之间的物理分离所抑制。

再次参考图9，顶电池具有沉积在本实施例中作为P-I-N半导体N+区的第一光活层855的重掺杂N+接触层上的额外重掺杂P+层850B。以上P+和N+区在其界面形成隧道结，额外P+层850B实际成为底纳米结构层840的空穴导电部分(component)的一部分。第一和纳米结构层855和840分别被金属的薄隧道膜850A物理分离。在一些实施例中，金属膜850A包括金(Au)并优选具有在大约5-15A范围内的厚度。在其他实施例中可以使用其他金属膜，只要其足够薄以确保空穴从纳米结构层的直接隧穿而不在界面引起任何显著的光或电损耗。可选地，可以用绝缘材料代替金属材料。应当注意的是，本发明可以有效地用在相反导电类型的光伏装置实施例中，在此情况中额外N+层会替代本实施例的P+层且纳米结构层设计为上接触层是电子导电而不是空穴导电。

图9中也示出相应的能带图(band diagram)。可以看出由于本发明的复合界面，创造了有利的能量条件，使得来自纳米结构或底电池的空穴通过薄的金属膜传输到顶电池的额外P+层，随后直接隧穿并与顶电池的N+层中的电子复合，从而提供有效的低电阻和最小损耗的顶和底电池的串联。因此本发明代表了对顶和底电池的适当连接问题的有效解决方案。

具有IR吸收层的光伏装置的进一步实例

图10示出本发明的光伏装置的另一实施例。大体上，在本实施例中，纳米结构材料层包括与多晶或单晶硅层集成的IR收获纳米颗粒层。多晶或单晶硅层形成基本在太阳光谱的可见范围吸收辐射的材料的第一光伏层。在本实施例中，多晶硅光伏装置是通过现有技术中已知的方法建立的，所述方法首先是n型多晶硅晶片1040并用p型掺杂物在晶片的一侧将其掺杂(也可以用n型掺杂物掺杂p型单晶晶片)，然后是透明导体或导电栅格(grid)1050。透明导电层(例如ITO)或隧道结层1030在第一TCO层1050的相反侧沉积在多晶硅晶片上。在IR区800-2000nm(带隙为1.2ev或更小)中吸收的纳米颗粒层1020沉积在TCO或隧道结层1030上，随后是金属层1010。多晶硅层的厚度和掺杂物浓度可以调节为使太阳光谱的可见区中的吸收最大化。本实施例中描述的光伏装置会从太阳光谱收获可见和IR光子，其结果是与不集成IR吸收纳米结构的光伏装置设计相比的更高的转换效率。

在又一实施例中，如图11所示，提供光伏装置，其中第一光活层包括CdTe材料。这里的纳米结构材料层包括IR收获纳米颗粒层。在本实施例中，光伏装置通过由现有技术中已知的方法沉积绝缘层1120和金属层1130而建在玻璃、金属或塑料衬底1110上。在IR区800-2000nm(带隙为1.2ev或更小)中吸收的纳米颗粒层1140沉积在金属层1130上，随后是透明导电层(例如ITO)或隧道结层1150，其包括复合层。这些层之后是通过现有技术中已知的方法形成的CdTe层1160。透明导电层TCO 1170诸如ITO随后沉积在硅层的顶上。光伏装置定向为太阳光1180落在TCO 1170上。CdTe层的厚度可以调节为使太阳光谱的可见区中的吸收最大化。本实施例中描述的光伏装置会从太阳光谱收获IR和可见光子，其结果是与不集成IR吸收纳米颗粒的光伏装置设计相比的更高的转换效率。

在如图12所示的进一步实施例中，IR收获纳米颗粒与CIGS层集成。在本实施例中，光伏装置通过由现有技术中已知的方法沉积绝缘层1220和金属层1230而建在玻璃、金属或塑料衬底1210上。在IR区800-2000nm(带隙为1.2ev或更小)中吸收的纳米颗粒层1240沉积在金属层1230上，随后是透明导电层(例如ITO)或隧道结层1250，其包括复合层。这些层之后是通过现有技术中已知的方法形成的CIGS层1260。透明导电层TCO 1270诸如ITO随后沉积在硅层的顶上。光伏装置定向为太阳光1280落在TCO 1270上。CdTe层的厚度可以调节为使太阳光谱的可见区中的吸收最大化。本实施例中描述的光伏装置会从太阳光谱收获IR和可见光子，其结果是与不集成IR吸收纳米颗粒的光伏装置设计相比的更高的转换效率。

具有UV吸收层的光伏装置的实例

在本发明的另一方面，提供光伏装置，其中第一光活层包括表现基本在太阳光谱的可见区吸收辐射的半导体材料，顶光活层包括表现基本在太阳光谱的UV区吸收辐射的一种或多种纳米颗粒。复合层设置在第一层和顶层之间，并构造成促进第一层和顶层之间的电荷输运。图13示出UV收获纳米颗粒层的顶光活层，与包括非晶或微晶硅层的第一光活层集成。在本实施例中，光伏装置通过由现有技术中已知的方法沉积绝缘层1320和金属层1330而建在玻璃、金属或塑料衬底1310上。通过现有技术中已知的方法，这些层之后是标准非晶或微晶硅层，其在本实施例中形成第一光活层并包括n型非晶硅1340、i型非晶硅1350和p型非晶硅1360。透明导电层TCO或隧道结层1370(在此情况中为复合层)随后沉积在硅层的顶上作为复合层。在UV区中吸收的纳米颗粒层1380(带隙为2ev或更大)沉积在TCO或隧道结层1370上，随后是透明导电层1390诸如ITO。光伏装置定向为太阳光(100)落在TCO(90)上。非晶硅层的厚度可以调节为使太阳光谱的可见区中的吸收最大化。本实施例中描述的光伏装置会从太阳光谱收获UV和可见光子，其结果是与不集成UV吸收纳米颗粒的光伏装置设计相比的更高的转换效率。

在如图14所示的另一实施例中，UV收获纳米颗粒层与多晶或单晶硅层集成。在本实施例中，多晶或单晶硅光伏装置通过现有技术中已知的方法建立，首先是n型多晶晶片1420并在晶片的一侧用p型掺杂物将其掺杂(也可以用n型掺杂物掺杂p型单晶晶片)，然后是金属层1410。透明导电层(例如TCO)或隧道结层1430(也称作复合层)在与金属层1410相反的侧沉积在多晶硅晶片上。在UV区中吸收的纳米颗粒层1440(带隙为2ev或更大)沉积在TCO或隧道结层1430上，随后是TCO层1450。多晶硅层的厚度和掺杂物浓度可以调节为使太阳光谱的可见区中的吸收最大化。本实施例中描述的光伏装置会从太阳光谱收获UV和可见光子，其结果是与不集成UV吸收纳米结构的光伏装置设计相比的更高的转换效率。

在如图15所示的另一实施例中，UV收获纳米颗粒层与CdTe层集成。在本实施例中，光伏装置通过由现有技术中已知的方法沉积绝缘层1520和金属层1530以及随后的CdTe层1540而建在玻璃、金属或塑料衬底1510上。透明导电层(例如TCO)或隧道结层1550(在本情况中为复合层)沉积在CdTe层1540上，随后是在UV区中吸收的纳米颗粒层1560(带隙为2ev或更大)，然后透明导电层TCO 1570诸如ITO沉积在纳米颗粒层的顶上。光伏装置定向为太阳光1580落在TCO 1570上。CdTe层的厚度可以调节为使太阳光谱的可见区中的吸收最大化。本实施例中描述的光伏装置会从太阳光谱收获UV和可见光子，其结果是与不集成UV吸收纳米颗粒的光伏装置设计相比的更高的转换效率。

在如图16所示的又一实施例中，UV收获纳米颗粒层与CIGS层集成。在本实施例中，光伏装置通过由现有技术中已知的方法沉积绝缘层1620和金属层1630以及随后的CIGS层1640而建在玻璃、金属或塑料衬底1610上。透明导电层(例如TCO)或隧道结层1650(也称作复合层)沉积在CIGS层1640上，随后是在UV区中吸收的纳米颗粒层1660(带隙为2ev或更大)，然后透明导电层TCO 1670诸如ITO沉积在纳米颗粒层的顶上。光伏装置定向为太阳光1680落在TCO 1670上。CIGS层的厚度可以调节为使太阳光谱的可见区中的吸收最大化。本实施例中描述的光伏装置会从太阳光谱收获UV和可见光子，其结果是与不集成UV吸收纳米颗粒的光伏装置设计相比的更高的转换效率。

具有UV和IR吸收层的光伏装置的实例

进一方面，本发明的实施例提供光伏装置，包括：包括表现出基本在太阳光谱的可见区中吸收辐射的半导体材料的第一光活层，以及包括形成在第一层以上的表现出基本在太阳光谱的UV区中吸收辐射的纳米结构材料的顶光活层。复合层设置在第一层和顶层之间，并构造成促进第一层和顶层之间的电荷输运。包括表现出基本在太阳光谱的IR区中吸收辐射的纳米结构材料的底光活层形成在第一光活层以下。第二复合层设置在第一层和底层之间，并构造成促进第一层和底层之间的电荷输运。

图17示出UV收获纳米颗粒层的顶层和IR收获纳米颗粒层的底层，其间设置有第一光活层。在本实施例中，第一光活层包括非晶或微晶硅层。在本实施例中，光伏装置通过由现有技术中已知的方法沉积绝缘层1720和金属层1730而建在玻璃、金属或塑料衬底1710上。在IR区800-2000nm(带隙小于1.2ev)中吸收的纳米颗粒层1740沉积在金属层1730上，随后是透明导电层(例如ITO)或隧道结层1750。在这些层之后沉积第一光活层，在此情况中是通过现有技术中已知的方法形成的包括n型非晶硅1760、i型非晶硅1770和p型非晶硅1780的标准非晶或微晶硅层。透明导电层TCO 1790或隧道结层随后沉积在硅层顶上。在UV区中吸收的纳米颗粒层17100(带隙大于2ev)沉积在TCO或隧道结层(90)上，随后是透明导电层诸如ITO17110。光伏装置定向为太阳光17120落在TCO1790上。非晶硅层的厚度可以调节为使太阳光谱的可见区中的吸收最大化。本实施例中描述的光伏装置会从太阳光谱收获可见、UV和IR光子，其结果是与不集成UV和IR吸收纳米颗粒的光伏装置设计相比的更高的转换效率。

图18描绘了另一实施例，其示出与多晶或单晶硅层集成的UV和IR收获纳米颗粒层。在本实施例中，多晶或单晶硅光伏装置通过现有技术中已知的方法建立，首先是n型多晶晶片1840并在晶片的一侧用p型掺杂物将其掺杂(也可以用n型掺杂物掺杂p型单晶晶片)，然后是TCO或隧道结层1830。透明导电层(例如TCO)或隧道结层(也称作复合层)1860在与第一TCO或隧道结层1830相反的侧沉积在多晶硅晶片上。在UV区中吸收的纳米颗粒层1860(带隙为大于2ev)沉积在TCO或隧道结层1830上，随后是TCO层1870。在IR区中吸收的纳米颗粒层1820(带隙为小于1.2ev)沉积在TCO或隧道结层1830上，随后是金属电极层1810。多晶硅层的厚度和掺杂物浓度可以调节为使太阳光谱的可见区中的吸收最大化。本实施例中描述的光伏装置会从太阳光谱收获可见、UV和IR光子，其结果是与不集成UV和IR吸收纳米结构的光伏装置设计相比的更高的转换效率。

图19示出21UV和IR收获纳米颗粒层与CdTe层集成的另一实施例。在本实施例中，光伏装置通过由现有技术中已知的方法沉积绝缘层1920和金属层1930以及随后的在IR区中吸收的纳米颗粒层1940(带隙为小于1.2ev)而建在玻璃、金属或塑料衬底1910上，随后是透明导电层TCO 1950或隧道结层。CdTe层1960随后通过现有技术中已知的方法沉积在TCO或隧道结层(或复合层)1950上。透明导电层(例如ITO)或隧道结层1970沉积在CdTe层1960上，随后是在UV区中吸收的纳米颗粒层1980(带隙大于2ev)，然后透明导电层TCO 1990诸如ITO沉积在纳米颗粒层的顶上。光伏装置定向为太阳光19100落在TCO 1990上。CdTe层的厚度可以调节为使太阳光谱的可见区中的吸收最大化。本实施例中描述的光伏装置会从太阳光谱收获可见、UV和IR光子，其结果是与不集成UV和IR吸收纳米颗粒的光伏装置设计相比的更高的转换效率。

图20示出UV和IR收获纳米颗粒层与CIGS层集成的又一实施例。在本实施例中，光伏装置通过由现有技术中已知的方法沉积绝缘层2020和金属层2030以及随后的在IR区中吸收的纳米颗粒层2040(带隙为小于1.2ev)而建在玻璃、金属或塑料衬底2010上，随后是透明导电层TCO或隧道结层(或复合层)2050。CIGS层2060随后通过现有技术中已知的方法沉积在TCO或隧道结层2050上。透明导电层(例如ITO)或隧道结层2070沉积在CIGS层2060上，随后是在UV区中吸收的纳米颗粒层2080(带隙大于2ev)，然后透明导电层TCO 2090诸如ITO沉积在纳米颗粒层的顶上。光伏装置定向为太阳光20100落在TCO 2090上。CIGS层的厚度可以调节为使太阳光谱的可见区中的吸收最大化。本实施例中描述的光伏装置会从太阳光谱收获可见、UV和IR光子，其结果是与不集成UV和IR吸收纳米颗粒的光伏装置设计相比的更高的转换效率。

在本发明的另一方面，化合物半导体材料可以用作基本在太阳光谱的可见区吸收辐射的第一光活层。图21示出UV收获纳米颗粒层(例如InP量子点)与III-V半导体层(例如GaAs)集成的光伏装置。在本实施例中，光伏装置通过由现有技术中已知的方法沉积绝缘层2120和金属层2130而建在衬底2110上。这些层之后是通过现有技术中已知的方法得到的包括p型半导体2140和n型半导体2150的III-V半导体层。透明导电层TCO 2160或隧道结层随后沉积在III-V层顶上。在UV区中吸收的纳米颗粒层2170(带隙大于2ev)沉积在TCO或隧道结层(也称作复合层)2160上，随后是透明导电层2180。光伏装置定向为太阳光2190落在TCO 2180上。本实施例中描述的光伏装置会从太阳光谱收获可见和UV光子，其结果是与不集成UV吸收纳米颗粒的光伏装置设计相比的更高的转换效率。

四结光伏装置的实例

本发明的一些实施例提供四结光伏装置。图22示出将IR收获纳米颗粒光伏装置和晶态(单晶或多晶)光伏装置集成以形成四结光伏装置。在本实施例中，晶态硅光伏装置通过现有技术中已知的方法建立，首先是n型晶态硅晶片2280并在晶片的一侧用p型掺杂物将其掺杂(也可以用n型掺杂物掺杂p型硅晶片)，然后是透明导电层2270。晶态硅光伏装置通过在硅晶片上与第一TCO层2270相反的侧沉积透明导电层(例如ITO)或隧道结层(第一复合层)2290来完成。包含IR吸收纳米颗粒的光伏装置的建立是通过：首先是衬底(玻璃、金属或塑料)2210并通过使用现有技术中已知的方法沉积介电层2220和随后的金属层2230。在IR区中吸收的纳米颗粒层2240(带隙为小于1ev)沉积在金属层2230上，随后是TCO或隧道结层(在此情况中为第二复合层)2250。图22所示的四结串联电池通过组合晶态硅光伏装置和IR吸收纳米颗粒光伏装置而建立。可以选择使用光学粘合层(opticaladhesive layer)2260将两个电池粘合在一起。各个电池的性能可以调节为使太阳光谱的可见和IR区中的吸收最大化。本实施例中描述的光伏装置会从太阳光谱收获可见和IR光子，其结果是与不集成包含IR吸收纳米结构的光伏装置的光伏装置设计相比的更高的转换效率。

图23示出将UV收获纳米颗粒光伏装置和晶态(单晶或多晶)硅光伏装置集成以形成四结光伏装置的另一实施例。在本实施例中，晶态硅光伏装置通过现有技术中已知的方法建立，首先是n型晶态硅晶片2320并在晶片的一侧用p型掺杂物将其掺杂(也可以用n型掺杂物掺杂p型硅晶片)，然后是金属层2310。晶态硅光伏装置通过在硅晶片上与金属层2310相反的侧沉积透明导电层(例如ITO)或隧道结层(在此情况中为第一复合层)2330来完成。包含UV吸收纳米颗粒的光伏装置的建立是通过：首先是透明衬底(玻璃或塑料)2380并通过使用现有技术中已知的方法沉积透明导电TCO层2370。在IR区中吸收的纳米颗粒层2360(带隙为小于2ev)沉积在TCO层2370上，随后是TCO或隧道结层(在此情况中为第二复合层)2350。图23所示的四结串联电池通过组合晶态硅光伏装置和IR吸收纳米颗粒光伏装置而建立。可以选择使用光学粘合层2340将两个电池粘合在一起。各个电池的性能可以调节为使太阳光谱的可见和UV区中的吸收最大化。本实施例中描述的光伏装置会从太阳光谱收获可见和UV光子，其结果是与不集成包含UV吸收纳米结构的光伏装置的光伏装置设计相比的更高的转换效率。

图24示出将IR收获纳米颗粒光伏装置和薄膜(a-Si、u-Si、CdTe、CIGS、III-V)光伏装置集成以形成四结光伏装置的又一实施例。在本实施例中，薄膜光伏装置通过现有技术中已知的方法建立，首先是透明衬底24100并沉积透明导电层2490，随后是活性(active)薄膜层2480和透明导体或隧道结层(第一复合层)2470。包含IR吸收纳米颗粒的光伏装置的建立是通过：首先是衬底(玻璃、金属或塑料)2410并通过使用现有技术中已知的方法沉积介电层2420和随后的金属层2430。在IR区中吸收的纳米颗粒层2440(带隙为小于1ev)沉积在金属层2430上，随后是TCO或隧道结层(第二复合层)2450。图24所示的四结串联电池通过组合晶态硅光伏装置和IR吸收纳米颗粒光伏装置而建立。可以选择使用光学粘合层2460将两个电池粘合在一起。各个电池的性能可以调节为使太阳光谱的可见和IR区中的吸收最大化。本实施例中描述的光伏装置会从太阳光谱收获可见和IR光子，其结果是与不集成包含IR吸收纳米结构的光伏装置的光伏装置设计相比的更高的转换效率。

图25示出根据本发明实施例的四结光伏装置的另外的实施例，其中UV收获纳米颗粒光伏装置和薄膜(a-Si、u-Si、CdTe、CIGS、III-V)光伏装置集成以形成四结光伏装置。在本实施例中，薄膜光伏装置通过现有技术中已知的方法建立，首先是透明衬底25100并沉积透明导电层2590，随后是活性薄膜层2580和透明导体或隧道结层(例如第一复合层)2570。包含UV吸收纳米颗粒的光伏装置的建立是通过：首先是衬底(玻璃、金属或塑料)2510并通过使用现有技术中已知的方法沉积介电层2520和随后的金属层2530。在UV区中吸收的纳米颗粒层2540(带隙为小于1ev)沉积在金属层2530上，随后是TCO或隧道结层(例如第二复合层)2550。图25所示的四结串联电池通过组合晶态硅光伏装置和UV吸收纳米颗粒光伏装置而建立。可以选择使用光学粘合层2560将两个电池粘合在一起。各个电池的性能可以调节为使太阳光谱的可见和UV区中的吸收最大化。本实施例中描述的光伏装置会从太阳光谱收获可见和UV光子，其结果是与不集成包含UV吸收纳米结构的光伏装置的光伏装置设计相比的更高的转换效率。

具有功能化纳米颗粒的光伏装置的实例

在进一方面，本发明的实施例提供光伏装置，包括：包括表现出基本在太阳光谱的可见区中吸收辐射的半导体材料的第一光活层，以及包括表现出基本在太阳光谱的UV和/或区中吸收辐射的纳米结构材料的一个或多个光活层，其中纳米结构材料中的一种或多种包括功能化纳米颗粒。图26示出根据本发明的纳米复合材料光伏装置的一个实施例。该光伏装置的形成是通过：在涂覆有诸如ITO的透明导体2620的玻璃衬底2610上，涂覆包含光敏纳米颗粒和诸如并五苯的高迁移率聚合物前驱体的薄层的纳米复合材料2640，随后沉积阴极金属层2660。光敏纳米颗粒可以由IV、II-IV、II-VI、IV-VI、III-V族材料制成。光敏纳米颗粒的实例包括但不限于Si、Ge、CdSe、PbSe、ZnSe、CdTe、CdS或PbS中的任何一个或多个。纳米颗粒的尺寸可以变化，例如在大约2nm到10nm的范围内，以获得带隙范围。这些纳米颗粒可以通过现有技术中已知的方法制备。纳米颗粒可以通过现有技术中已知的方法来功能化。适当的功能基团的实例包括但不限于：羧基(carboxylic)(-COOH)、氨基(amine)(-NH₂)、膦酸基(phosfonate)(-PO₄)、磺酸基(sulfonate)(-HSO₃)、氨基乙硫醇基(aminoethanethiol)等。光敏纳米颗粒分散在诸如并五苯的高迁移率聚合物前驱体中的纳米复合材料层2640可以通过旋涂或其他已知的溶液加工技术而沉积在ITO涂覆的玻璃衬底上。该层可以是一个单层或多个单层。纳米复合材料层2640中的前驱体的聚合是通过将膜加热到适当温度以使并五苯前驱体开始聚合。如果使用UV聚合的前驱体，则聚合可以通过从图26的ITO侧2620将膜暴露于UV来实现。光伏装置的实施例可以根据图32所示的方法来制造。在该装置中，电子空穴对在太阳光被纳米颗粒吸收时产生，并且产生的电子被诸如并五苯的高迁移率聚合物快速输运到阴极并收集。电子从由纳米颗粒产生的电子空穴对的这种快速除去消除了通常在基于纳米颗粒的光伏装置中观察到的电子空穴复合的可能性。

根据图26所示的实施例，空穴注入/输运界面层或缓冲层2630可以设置在ITO 2620和纳米复合材料层2640之间。可选地，电子注入/输运界面层，也称作复合层，2650可以设置在金属层2660和纳米复合材料层2640之间。

图27示出纳米复合材料光伏装置的另一实施例。该光伏装置的制造是通过：在涂覆有诸如ITO的透明导体2720的玻璃衬底2710上，涂覆包括光敏纳米颗粒、诸如PVK或P3HT的高迁移率聚合物和诸如并五苯的高迁移率聚合物前驱体2740的纳米复合材料层2740，随后沉积阴极金属层2760。光敏纳米颗粒包括IV、II-IV、II-VI、IV-VI、III-V族材料。光敏纳米颗粒的实例包括但不限于Si、Ge、CdSe、PbSe、ZnSe、CdTe、CdS或PbS中的任何一个或多个。纳米颗粒的尺寸可以变化(例如在大约2nm到10nm的范围内)以获得带隙范围。这些纳米颗粒可以通过现有技术中已知的方法制备。纳米颗粒可以通过现有技术中已知的方法来功能化。功能基团包括但不限于：羧基(carboxylic)(-COOH)、氨基(amine)(-NH₂)、膦酸基(phosfonate)(-PO₄)、磺酸基(sulfonate)(-HSO₃)、氨基乙硫醇基(aminoethanethiol)等。光敏纳米颗粒分散在诸如PVK或P3HT的高迁移率聚合物和诸如并五苯的高迁移率聚合物前驱体中的纳米复合材料层2740可以通过旋涂或其他已知的溶液加工技术而沉积在ITO涂覆的玻璃衬底上。纳米复合材料层2740可以是一个单层或多个单层。在一些实施例中，纳米复合材料层2740中的前驱体的聚合是通过将膜加热到适当温度以使并五苯前驱体开始聚合。如果使用UV聚合的前驱体，则聚合可以通过从ITO侧2720将膜暴露于UV来实现。在一些实施例中，光伏装置根据图32所示的方法来制造。根据本实施例建立的光伏装置被期望具有高的效率。在该装置中，电子空穴对在太阳光被纳米颗粒吸收时产生，并且产生的电子被诸如并五苯的高迁移率聚合物快速输运到阴极并收集。电子从由纳米颗粒产生的电子空穴对的这种快速除去消除了通常在基于纳米颗粒的光伏装置中观察到的电子空穴复合的可能性。

另外，在一些实施例中，可以在ITO 2720和纳米复合材料层2740之间使用空穴注入/输运界面层或缓冲层2730。在可选实施例中，可以在金属层2760和纳米复合材料层2740之间使用电子注入/输运界面层2750。

具有功能化纳米颗粒和导电纳米颗粒/纳米结构的光伏装置的实例

在一些实施例中，纳米结构材料包括光敏纳米颗粒和导电纳米颗粒的混合物。光敏和导电纳米颗粒之一可以被功能化，或者可以该两者都被功能化。导电纳米颗粒的实例包括单壁碳纳米管(SWCNT)、TiO₂纳米管或ZnO纳米线中任一个或多个。光敏纳米颗粒的实例包括CdSe、ZnSe、PbSe、InP、Si、Ge、SiGe或III-V族材料中任一个或多个。

图28示出纳米复合材料光伏装置的实施例。该光伏装置的建立可以通过：在涂覆有诸如ITO的透明导体2820的玻璃衬底2810上，涂覆包含附在分散在诸如并五苯的高迁移率聚合物前驱体中的导电纳米结构上的光敏纳米颗粒的薄层的纳米复合材料2840，随后沉积阴极金属层2860。光敏纳米颗粒可以由IV、II-IV、II-VI、IV-VI、III-V族材料制成。光敏纳米颗粒的实例包括Si、Ge、CdSe、PbSe、ZnSe、CdTe、CdS、PbS。纳米颗粒的尺寸可以变化(例如：2到10nm)以获得带隙范围。这些纳米颗粒可以根据现有技术中已知的方法制备。纳米颗粒可以根据现有技术中已知的方法来功能化。功能基团可以包括羧基(carboxylic)(-COOH)、氨基(amine)(-NH₂)、膦酸基(phosfonate)(-PO₄)、磺酸基(sulfonate)(-HSO₃)、氨基乙硫醇基(aminoethanethiol)等。导电纳米结构可以由碳纳米管(SWCNT)、TiO₂纳米管或ZnO纳米线制成。导电纳米结构可以被功能化以便于光敏纳米颗粒附着在导电纳米结构的表面上。光敏纳米颗粒的纳米复合材料层2840附在导电纳米结构上并分散在诸如并五苯的高迁移率聚合物前驱体中。该层2840通过旋涂或其他已知的溶液加工技术沉积在ITO涂覆的玻璃衬底上。该层可以是一个单层或多个单层。纳米复合材料层2840中的前驱体的聚合是通过将膜加热到适当温度以使前驱体开始聚合。如果使用UV聚合的前驱体，则聚合可以通过从ITO侧2820将膜暴露于UV来实现。可以进行图32所示的方法来形成光伏装置。在该装置中，电子空穴对在太阳光被纳米颗粒吸收时产生，并且产生的电子被导电纳米结构和诸如并五苯的高迁移率聚合物快速输运到阴极并收集。电子从由纳米颗粒产生的电子空穴对的这种快速除去消除了通常在基于纳米颗粒的光伏装置中观察到的电子空穴复合的可能性。另外可以在ITO 2820和纳米复合材料层2840之间使用空穴注入/输运界面层或缓冲层2830。在另一实施例中，可以在金属层2860和纳米复合材料层2840之间使用电子注入/输运界面层2850。

图29示出纳米复合材料光伏装置的进一步实施例。该光伏装置的建立可以通过：在涂覆有诸如ITO的透明导体2920的玻璃衬底2910上，涂覆包含附在分散在诸如PVK或P3HT的高迁移率聚合物和诸如并五苯的高迁移率聚合物前驱体2940中的导电纳米结构上的光敏纳米颗粒的纳米复合材料层2940，随后沉积阴极金属层2960。光敏纳米颗粒可以包括IV、II-IV、II-VI、IV-VI、III-V族材料。光敏纳米颗粒的实例包括但不限于Si、Ge、CdSe、PbSe、ZnSe、CdTe、CdS、PbS中的任何一个或多个。纳米颗粒的尺寸可以变化(例如：2到10nm)以获得带隙范围。这些纳米颗粒可以通过现有技术中已知的方法制备。纳米颗粒可以通过现有技术中已知的方法来功能化。功能基团可以包括羧基(carboxylic)(-COOH)、氨基(amine)(-NH₂)、膦酸基(phosfonate)(-PO₄)、磺酸基(sulfonate)(-HSO₃)、氨基乙硫醇基(aminoethanethiol)等。导电纳米结构可以由碳纳米管(SWCNT)、TiO₂纳米管或ZnO纳米线制成。

导电纳米结构可以被功能化以便于光敏纳米颗粒附着在导电纳米结构的表面上。在一些实施例中，光敏纳米颗粒的纳米复合材料层2940附在导电纳米结构上并分散在诸如PVK或P3HT的高迁移率聚合物中。诸如并五苯的高迁移率聚合物前驱体可以通过旋涂或其他已知的溶液加工技术而沉积在ITO涂覆的玻璃衬底上。该层可以是一个单层或多个单层。纳米复合材料层2940中的前驱体的聚合是通过将膜加热到适当温度以使并五苯前驱体开始聚合。如果使用UV聚合的前驱体，则聚合可以通过从ITO侧2920将膜暴露于UV来实现。该光伏装置可以通过使用图32所示的工艺流程来制造。根据本实施例建立的光伏装置被期望具有高的效率。在该装置中，电子空穴对在太阳光被纳米颗粒吸收时产生，并且产生的电子被导电纳米结构和高迁移率聚合物并五苯快速输运到阴极并收集。电子从由纳米颗粒产生的电子空穴对的这种快速除去消除了通常在基于纳米颗粒的光伏装置中观察到的电子空穴复合的可能性。

在另一实施例中，可以在ITO 2920和纳米复合材料层2940之间使用空穴注入/输运界面层或缓冲层2930。可选地，可以在金属层2960和纳米复合材料层2940之间使用电子注入/输运界面层2950。

图30示出纳米复合材料光伏装置的又进一步实施例。该光伏装置的建立可以通过：在涂覆有诸如ITO的透明导体3020的玻璃衬底3010上，涂覆包含光敏纳米颗粒和分散在诸如并五苯的高迁移率聚合物前驱体中的导电纳米结构的薄层的纳米复合材料3040，随后沉积阴极金属层3060。光敏纳米颗粒可以由IV、II-IV、II-VI、IV-VI、III-V族材料制成。光敏纳米颗粒的实例包括Si、Ge、CdSe、PbSe、ZnSe、CdTe、CdS、PbS。纳米颗粒的尺寸可以变化(例如：2到10nm)以获得带隙范围。这些纳米颗粒可以根据现有技术中已知的方法制备。纳米颗粒可以根据现有技术中已知的方法来功能化。功能基团可以包括羧基(carboxylic)(-COOH)、氨基(amine)(-NH₂)、膦酸基(phosfonate)(-PO₄)、磺酸基(sulfonate)(-HSO₃)、氨基乙硫醇基(aminoethanethiol)等。导电纳米结构可以由碳纳米管(SWCNT)、TiO₂纳米管或ZnO纳米线制成。导电纳米结构可以被功能化以便于其分散在高迁移率聚合物前驱体中。光敏纳米颗粒和分散在诸如并五苯的高迁移率聚合物前驱体中的导电纳米结构的纳米复合材料层3040可以通过旋涂或其他已知的溶液加工技术沉积在ITO涂覆的玻璃衬底上。该层可以是一个单层或多个单层。纳米复合材料层3040中的前驱体的聚合是通过将膜加热到适当温度以使前驱体开始聚合。如果使用UV聚合的前驱体，则聚合可以通过从ITO侧3020将膜暴露于UV来实现。根据本实施例建立的光伏装置被期望具有高的效率。在该装置中，电子空穴对在太阳光被纳米颗粒吸收时产生，并且产生的电子被导电纳米结构和诸如并五苯的高迁移率聚合物快速输运到阴极并收集。电子从由纳米颗粒产生的电子空穴对的这种快速除去消除了通常在基于纳米颗粒的光伏装置中观察到的电子空穴复合的可能性。在一些实施例中，可以在ITO 3020和纳米复合材料层3040之间使用空穴注入/输运界面层或缓冲层3030。可选地，可以在金属层3060和纳米复合材料层3040之间使用电子注入/输运界面层3050。

图31描绘了纳米复合材料光伏装置的又一实施例。该光伏装置的建立可以通过：在涂覆有诸如ITO的透明导体3120的玻璃衬底3110上，涂覆包括光敏纳米颗粒和分散在诸如PVK或P3HT的高迁移率聚合物和诸如并五苯的高迁移率聚合物前驱体3140中的导电纳米结构的纳米复合材料层3140，随后沉积阴极金属层3160。光敏纳米颗粒可以由IV、II-IV、II-VI、IV-VI、III-V族材料制成。光敏纳米颗粒的实例包括Si、Ge、CdSe、PbSe、ZnSe、CdTe、CdS、PbS。纳米颗粒的尺寸可以变化(例如：2到10nm)以获得带隙范围。这些纳米颗粒可以根据现有技术中已知的方法制备。纳米颗粒可以根据现有技术中已知的方法来功能化。功能基团可以包括羧基(carboxylic)(-COOH)、氨基(amine)(-NH₂)、膦酸基(phosfonate)(-PO₄)、磺酸基(sulfonate)(-HSO₃)、氨基乙硫醇基(aminoethanethiol)等。导电纳米结构可以由碳纳米管(SWCNT)、TiO₂纳米管或ZnO纳米线制成。导电纳米结构可以被功能化以便于其分散在导电聚合物和高迁移率聚合物前驱体中。光敏纳米颗粒和分散在诸如PVK或P3HT的高迁移率聚合物和诸如并五苯的高迁移率聚合物前驱体中的导电纳米结构的纳米复合材料层3140可以通过旋涂或其他已知的溶液加工技术沉积在ITO涂覆的玻璃衬底上。该层可以是一个单层或多个单层。纳米复合材料层3140中的前驱体的聚合是通过将膜加热到适当温度以使并五苯前驱体开始聚合。如果使用UV聚合的前驱体，则聚合可以通过从ITO侧将膜暴露于UV来实现。图31所示的光伏装置可以通过使用图32所示的方法步骤来制造。根据本实施例建立的光伏装置被期望具有高的效率。在该装置中，电子空穴对在太阳光被纳米颗粒吸收时产生，并且产生的电子被导电纳米结构和高迁移率聚合物并五苯快速输运到阴极并收集。电子从由纳米颗粒产生的电子空穴对的这种快速除去消除了通常在基于纳米颗粒的光伏装置中观察到的电子空穴复合的可能性。

在图31所示的本实施例的变种中，可以在ITO 3120和纳米复合材料层3140之间使用空穴注入/输运界面层或缓冲层3130。可选地，可以在金属层3160和纳米复合材料层3140之间使用电子注入/输运界面层3150。

以上实施例是应用本发明的一些实例。任何本领域技术人员会理解，在以上实施例中可以使用诸如氧化锌、氧化锡、氧化铟锡、氧化铟锌的其他透明导电材料。任何本领域技术人员会理解，光敏纳米颗粒可以具有各种形状——点、棒、双脚、多脚、线等。任何本领域技术人员会理解，可以用其他导电纳米管材料来代替实施例中所描述的碳纳米管、TiO₂和ZnO纳米管。任何本领域技术人员会理解，可以用其他热固化或辐射固化前驱体来代替并五苯前驱体。任何本领域技术人员会理解，可以用其他导电聚合物来代替PVK、P3HT和PEDOT。任何本领域技术人员会理解，可以用导电和非导电聚合物的混合物来代替实施例中描述的导电聚合物PVK、P3HT和PEDOT。

图32示出可以用来制备根据本发明一些实施例的光伏装置的方法的一个实施例。具体地，在步骤3210，衬底被ITO涂覆。在步骤3220，可选在ITO涂覆的衬底的顶上沉积缓冲层。随后在步骤3240，该装置经历溶液涂覆。在步骤3230，溶液可选包含光敏纳米颗粒、聚合物前驱体和聚合物。在步骤3250，可选在溶液涂覆之后沉积缓冲层。随后在步骤3260，沉积金属，最后在步骤3270，前驱体聚合。聚合可以通过热或UV暴露而发生。

前面对本发明具体实施例和最优模式的描述仅是出于说明和描述的目的。并不试图使其是穷举性的或者将本发明限制为所公开的精确的形式。本发明的具体特征在一些图中示出而没有在其他的中示出，这仅是出于方便的目的，根据本发明的任何特征都可以与其他特征相结合。所描述的工艺的步骤可以被记录或者组合，并可以包括其他步骤。选择和描述实施例是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用，从而使得其他本领域技术人员能最好地使用本发明，并且具有各种修改的各种实施例也都适合于所考虑的特别应用。本发明的进一步变化根据本公开而对本领域技术人员来说是明显的，并且可以预期此种变化落在所附权利要求及其等价物的范围内。以上引用的公开的全部内容在此结合作为参考。

本发明要求2006年二月13日提出的题为“Solar Cells Integrated With IRand UV Absorbing Nanoparticle Layers”的美国临时专利申请序列号60/772548，以及2006年五月2日提出的题为“Nanocomposite Solar Cell”的美国临时专利申请序列号60/796820的利益和优先权，其公开的全部内容在此引作参考。

Claims (37)

1、一种光伏装置，包括：

第一光活层，包括表现出基本在太阳光谱的可见区中吸收辐射的半导体材料；

第二光活层，包括表现出基本在太阳光谱的IR区中吸收辐射的纳米结构材料；以及

复合层，设置在所述第一和第二层之间，并构造成促进所述第一和第二层之间的电荷输运。

2、如权利要求1所述的光伏装置，其中所述纳米结构材料是包括空穴导电或电子导电聚合物及补充纳米颗粒的纳米复合材料。

3、如权利要求2所述的光伏装置，其中所述复合层是包括传导与所述导电聚合物相反电荷的材料的掺杂层。

4、如权利要求2所述的光伏装置，其中所述复合层是包括传导与所述纳米颗粒相反电荷的材料的掺杂层。

5、如权利要求2所述的光伏装置，其中所述复合层进一步包括耦合到掺杂层的金属层。

6、如权利要求2所述的光伏装置，其中所述复合层进一步包括耦合到掺杂层的绝缘层。

7、如权利要求1所述的光伏装置，其中所述纳米结构材料包括半导体点、棒或多脚中任一个或多个。

8、如权利要求2所述的光伏装置，其中所述纳米复合材料包括分散在聚合物中的一种或多种纳米颗粒。

9、如权利要求7所述的光伏装置，其中所述一种或多种纳米颗粒包括PbSe、PbS、CdHgTe、Si或SiGe中任一个或多个。

10、如权利要求8所述的光伏装置，其中所述一种或多种纳米颗粒包括PbSe、PbS、CdHgTe、Si或SiGe中任一个或多个。

11、如权利要求8所述的光伏装置，其中所述聚合物包括P3HT、并五苯或MEH-PPV中任一个或多个。

12、如权利要求1所述的光伏装置，其中所述纳米结构材料包括光敏纳米颗粒和导电纳米颗粒的混合物。

13、如权利要求12所述的光伏装置，其中所述光敏和导电纳米颗粒之一被功能化，或者所述光敏和导电纳米颗粒都被功能化。

14、如权利要求12所述的光伏装置，其中所述导电纳米颗粒包括单壁碳纳米管(SWCNT)、TiO₂纳米管或ZnO纳米线中任一个或多个。

15、如权利要求12所述的光伏装置，其中所述光敏纳米颗粒包括CdSe、ZnSe、PbSe、InP、Si、Ge、SiGe或III-V族材料中任一个或多个。

16、如权利要求1所述的光伏装置，其中所述第二层包括分散在空穴导电聚合物中的一种或多种无机纳米颗粒，并且所述复合层进一步包括：

N+掺杂层；和

耦合到所述N+掺杂层的金属层。

17、如权利要求1所述的光伏装置，其中所述第一光活层包括非晶硅、单晶硅、多晶硅、微晶硅、纳晶硅、CdTe、二硒化铜铟镓(CIGS)或III-V族半导体材料中任一个。

18、如权利要求1所述的光伏装置，其中所述第一光活层包括空穴导电或电子导电的有机材料。

19、如权利要求1所述的光伏装置，其中所述第一光活层包括P3HT、P3OT、MEH-PPV、PCBM、CuPe、PCTBI或C60中任一个或多个。

20、如权利要求1所述的光伏装置，其中所述第一光活层包括P-I-N半导体或P-N半导体。

21、如权利要求1所述的光伏装置，其中所述第一光活层包括多层，每一层都被构造成吸收可见光谱的特定范围。

22、如权利要求21所述的光伏装置，进一步包括：设置在一个或多个所述多层之间的一个或多个复合层，所述复合层被构造成促进电荷跨过所述多层输运。

23、如权利要求1所述的光伏装置，其中所述第二光活层包括多层，每一层都被构造成吸收IR光谱的特定范围。

24、如权利要求23所述的光伏装置，进一步包括：设置在一个或多个所述多层之间的一个或多个复合层，所述复合层被构造成促进电荷跨过所述多层输运。

25、如权利要求1所述的光伏装置，进一步包括：顶光活层，设置在所述第一光活层之上，所述顶光活层包括表现出基本在太阳光谱的UV区中吸收辐射的材料。

26、如权利要求25所述的光伏装置，进一步包括第二复合层，设置在所述第一层和顶层之间，并被构造成促进所述顶层和第一层之间的电荷输运。

27、如权利要求25所述的光伏装置，其中所述顶光活层包括一种或多种纳米颗粒。

28、如权利要求25所述的光伏装置，其中所述顶光活层包括分散在聚合物基体中的一种或多种纳米颗粒。

29、如权利要求28所述的光伏装置，其中所述一种或多种纳米颗粒包括ZnSe或CdZnTe中任一个或多个。

30、一种光伏装置，包括：

第一光活层；

顶光活层，设置在所述第一层之上，所述顶光活层包括表现出比所述第一层的带隙大的带隙的材料；以及

底光活层，设置在所述第一层之下，所述底光活层包括表现出比所述第一层的带隙小的带隙的材料。

31、如权利要求30所述的光伏装置，其中所述顶光活层表现出2ev和更大的带隙。

32、如权利要求30所述的光伏装置，其中所述底光活层表现出1.2ev和更小的带隙。

33、一种光伏装置，包括：

第一光活层，包括表现出基本在太阳光谱的可见区中吸收辐射的半导体材料；

顶光活层，包括表现出基本在太阳光谱的UV区中吸收辐射的一种或多种纳米颗粒；以及

复合层，设置在所述第一层和顶层之间，并构造成促进所述第一层和顶层之间的电荷输运。

34、如权利要求33所述的光伏装置，其中所述复合层包括P+掺杂层。

35、如权利要求33所述的光伏装置，其中所述第一光活层包括P-I-N半导体。

36、如权利要求33所述的光伏装置，其中所述一种或多种纳米颗粒分散在聚合物基体中。

37、一种光伏装置，包括：

第一光活层，包括表现出基本在太阳光谱的可见区中吸收辐射的半导体材料；

顶光活层，包括表现出基本在太阳光谱的UV区中吸收辐射的纳米结构材料；

复合层，设置在所述第一层和顶层之间，并构造成促进所述第一层和顶层之间的电荷输运；

底光活层，包括表现出基本在太阳光谱的IR区中吸收辐射的纳米结构材料；以及

第二复合层，设置在所述第一层和底层之间，并构造成促进所述第一层和底层之间的电荷输运。

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