CN104937722B - 利用处理量子点溶液制造的中间带半导体、异质结和光电设备，及其相关方法 - Google Patents

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Abstract

半导体包括第一量子点和较少数量第二量子点，第二量子点分散在所述第一量子点。所述第二量子点具有较第一量子点不同大小或成分，这样所述第二量子具有较所述第一量子点的第一激子峰波长较长的第一激子峰波长。所述量子点层包括价带、导电带、以及具有在所述价带和所述导电带之间的带隙内能量级的中间带。所述量子点可以是溶液处理的。所述半导体被用于形成电子异质结以及包含电子异质结的光电设备。

Description

利用处理量子点溶液制造的中间带半导体、异质结和光电设 备，及其相关方法
利用处理量子点溶液制造的中间带半导体、异质结和光电设备，及其相关方法
相关申请的交叉引用
本申请请求于2012年10月26日申请的临时申请号为61/718，786，“利用处理量子点溶液制造的中间带半导体、异质结和光电设备，及其相关方法”的美国申请的优先权，本文所公开的通过结合参考全部引用于此。
技术领域
本发明通常涉及尤其基于处理量子点溶液制造的中间带或杂质带、半导体、异质结和光电设备，并涉及这些半导体、异质结和光电设备的制造。
背景技术
光电设备包括光伏（PV）设备（太阳能电池）、光电探测器和类似设备，以及如发光二极管（LEDs）和激光二极管（LDs）的电发光（EL）设备。当光入射在PV设备的活性层时，PV设备产生电能，且PV设备连接至外部电路。当太阳光被用作入射电磁辐射源，所述PV设备可被称为太阳能电池。通常，PV设备是基于由一对不同类型的半导体（如N类型和P类型材料，或电子受体和给电子体材料）形成的结（junction）。当光子能量高于半导体带隙值时，所述光子可在半导体内吸收，且光子能量激发负电荷（电子）和正电子（空穴）。被激发的电子-空穴对被成功地用在外部电路中，所述电子和所述空穴在各自相反电极处收集并被各自相反电极提取前，首先必须分离。这些过程分别被称为电荷分离和电荷提取，并且需要产生光电效应。如果电荷不分离，他们会重组且因此不利于由所述PV设备产生的电流。光电探测器类似PV设备的操作，但被配置以感觉光的入射或测量入射光的亮度、衰减或传播。典型地，光电探测器的操作需要外部偏置电压的应用，然而PV设备的操作不需要。另外，光电探测器通常意在于检测装置（如IR探测器或UV探测器）的波长范围，然而PV设备通常是响应波长范围，该波长范围就照度源的光谱特性提供最大发电能。
在PV和相关光电设备中，光能被转化程电能的效率是重要的品质因素（figure ofmerit）。另一相关性能标准是开路电压，当所述PV设备在未连接至外部负载时已被辐射的再大可能电压。另一相关性能标准是短路电流Isc，当所述PV设备已被辐射且电连接至零阻抗负载时的最大可能电流。另一相关性能标准是量子效率，其包括外部电子效率（EQE）和内部电子效率（IQE）。EQE相当于提取的电荷载体与总入射光子的比率，IQE相当于提取载体与总吸收光子的比率。另一相关性能标准是能量转换效率，其相当于用作电能的入射光能的比率。
通常，PV设备和其他光电设备具有使用块（utilized bulk）和薄膜无机半导体材料，以提供P-N结用于响应光子吸收而分离电子和空穴。尤其是，电子结通常由多种固有组合P类型掺杂和N类型掺杂硅形成。关于这个无机半导体的制造技术源于微电子学多年经验和技术已众所周知。但是，这些制造技术是昂贵的。成功的晶体成长需要缺陷和不必要杂质最小化，以及预定杂质的精确掺杂，以获得在严格控制的操作条件下，在高真空、无污染沉淀室中的理想功能。III-V族材料如砷化镓（GaAs）和 ，以及硅锗(SiGe)，也已被使用，但遭遇相同问题。其他无机材料如非晶硅、多晶硅、碲化镉(CdTe)、铜铟联硒化合物（或CIS）和铜铟联硒/铜铟镓联硒化合物（或 CIGS）比单晶体硅制造略微不昂贵，但是效率较低且仍需要昂贵的半导体级处理，该处理尚未能有效降低成本，以与传统电力来源等价。此文目的，上述提到的所有材料以及其他在成分或结构相似的材料被定义为单片半导体（monolithicsemiconductors）。这些材料的一般但不是定义特征是由那些可以是单晶体、结晶区域的聚合（如多晶的）、非晶形材料、或这些在区域或层间的混合的单类型材料构成的。
最近，形成于有机材料（聚合物和小分子）的光电设备正在被研究，但成功性有限。在这些设备中的活性区域是基于由有机给电子体层和有机电子受体层形成的异质结。在活性区域中吸收的光子激发激子，处于束缚态的电子-空穴对作为准粒子被传输。当光产生激子（photogenerated excition）扩散到异质结面时，其变成分离的（分裂的或“电离的”）。与无机PV设备例子相似，其能分离尽可能多的光产生激子并在他们重组前在各自电极处收集他们。因此有利于包括在设备结构中的层，该层有助于限制激子在电荷分离区域（It cantherefore be advantageous to include layers in the device structure that helpconfine excitons to charge separation regions）。这些层还能有助于传输电荷载体中的一种类型至一电子，而阻挡其他电荷载体，则能提高电荷载体提取效率。有机半导体与前述描述的单片半导体组功能不同。它们的特性通常由分子或聚合物的局部安排（localarrangement）所定义。出于便利，有机半导体基于本文目的也被分类为单片半导体。
虽然许多类型的有机半导体层在相对低成本下被制造，但部分由于激子扩散长度短，它们的能量转换效率低于无机半导体。另外，大部分有机半导体层对收获红外（IR）光子无效，与IR辐射一样不利，组成了可用于转换至电或其他光颜色的辐射的重要部分（Moreover, most organic semiconductor layers are ineffective for harvestinginfrared (IR) photons, which is disadvantageous as IR radiation constitutes asignificant portion of the radiation available for conversion to electricityor to other colors of light）。高达50%或更多太阳辐射的波长大于700nm。另外有机材料通常易于在UV辐射或氧化下降解。
甚至最近，电子点（QDs）或纳米晶体已被研究用在光电设备中，因为许多种类表现IR灵敏度，并且他们光电特性（如，带隙）通过控制他们大小调制。因此，QDs已被用于光电设备原型中，更多作为单层以实现如可见光或IR发射、可见光或IR吸收、或红移的特殊功能。QDs通常由两个技术中的一个形成。一个技术包含在单片半导体膜层上的分析，并且这些分析通常指层岛混合生长（Stranski-Krastanov）QDs。另一技术是来自液体前体细胞（liquidprecursors）的QDs的分析，制造QDs在溶剂中的悬浮或胶体。这些材料已知为胶状QDs（CQDs）。CQDs随后形成膜或层，或合并至设备，使用第二沉淀方法，通常传统溶液处理方法如旋转涂覆或喷涂。本文目的，形成于CQDs的半导体层指的是CQD结合体，CQDs一步合成，并之后通过分离步骤堆积在所述层中或层上。
对于传统单结PV设备的理论限制通常被称为肖基-奎伊瑟限制（Shockley-Queisser limit），假定具有超过半导体带隙能量的吸收光子在至多一电子-空穴对下激发，并进一步当这些电荷载体被提取至外部电路时，他们不具有比主半导体带隙更多的能量。建议用于规避这个限制的方法包括，例如，制造每光子超过一个电荷载体，或提取比带隙能量多的“热”电荷载体、或使用其中两个或多个单结设备串联设置的串接结PV设备。另一可能是使用中间带或杂质带（IB）PV设备（IBPV设备）。IBPV设备在主半导体的带隙中引入能量级。所述主半导体的直接带隙激发仍是可能的，但IB允许第一较长波长光子激发电荷载体至IB,并之后允许第二光子激发电荷载体至主导电带（CB）。所述电荷载体之后从具有较高主半导体势能特征的主CB中提取。有单IB级的IBPV设备的最大理论效率通常高于串接结PV的最大理论效率。串接结PV需要两个光子去制造有效的0.5最大量子效率（QE）的一对电荷载体。所述IBPV设备还具有0.5QE的低能光子，所述光子被用在步进式激发（step-wiseexcitation）中，但其具有1QE用于直接主激发。
至今，IBPV设备的展示很少，并且那些被展示的使用昂贵膜生长过程，典型的分子束外延（MBE）。已知IBPV设备提供在单片主半导体内的离散IB特性（典型的掺杂原子或层岛混合生长QDs），并且所述主半导体是晶体或非晶体半导体薄膜。发展IBPV技术的显著挑战是避免电荷重组。重组的一种是IB载体弛豫（carrier relaxation）。在这个过程中，在电子的单激发进入IB级后，所述电子在第二光激发出现激发电子进入主CB前弛豫（辐射或无辐射地）回主价带。这个弛豫导致光电流损耗。为了避免这个，在IB态的电荷载体的生命期相对于比第二激发所需平均时间长。重组第二种是自由载体重组。在电子的单激发进入IB级后，有可能具有自由空穴（正电荷）的电子负电荷的库伦引力会使得重组优先于电子第二次激发进入导电带。这个重组事件也会导致光电流未实现且效率损失。因两步激发的效率增益必须超过电荷重组的效率损失，这逐渐成为基于连续主半导体设备的主要挑战。
迪萨纳亚克等人的最新报告，“PbS纳米晶体能量水平的测量和检验”，应用.物理.93，043501（2008），通过结合参考全部引用于此，描述了在PbS纳米晶体（PbS-NCs）和C60富勒烯之间异质结的使用，来检验PbS-NC层频带能量对齐（band energy alignment）。在这个研究中，PbS-NC层由甲苯离心成型在聚合物（3,4-乙烯二氧噻吩）-聚合物的缓冲层上（苯乙烯磺酸）(PEDOT:PSS)，并且富勒烯层随后在顶部蒸发。这之后是浴铜灵层（BCP）和铝电极。该结构在光电模式下测试并被提供适度~2 mA/cm2 Jsc，~250 mV Voc，则整个PCE大约0.25%。对提高该设备性能的方法或途径，或者对在该设备中创造IB，没有可给的建议。最近，克莱姆等人已报道了使用具有高达5.2%PCE的PbS-C60异质结制造PV设备的方法（应用.物理.100,173109(2012)）。
就前述而言，需要低成本、低复杂性、更高可靠性制造IBPV设备的方法，包括能够应用相对低成本材料的方法。更普遍地，这个需要延伸出所有类型的IB光电设备。
发明内容
为了全部或部分解决前述问题，和/或其他本领域技术人员发现的问题，本发明提供了方法、步骤、系统、装置、器件和/或设备，在下述实施例中描述。
依据一实施例，半导体材料包括：形成CQD结合体的多个第一胶状量子点，以及多个第二胶状量子点，其中所述第二量子点数量较所述第一量子点数量少，并且分散在所述多个第一量子点，所述第二量子点较所述第一量子点大小或成分不同，这样所述第二量子点具有比第一量子点的第一个激子峰波长较长的第一个激子峰波长，所述半导体材料包括价带、导电带、以及具有在所述价带和所述导电带之间的带隙内能量级的中间带。
依据另一实施例，电子异质结包括直接设置在所述半导体材料上的电子受体。
依据另一实施例，光电设备包括电子异质结和一个或多个电极、电极阻挡层、空穴阻挡层、和/或激子阻挡层。
依据另一实施例，光电设备包括：第一电极；设置在所述第一电极上且包含多个第一胶状量子点和多个第二胶状量子点的半导体CQD结合体层，其中所述第二胶状量子数量较第一胶状量子点数量少，并分散在所述多个第一量子点，并且所述第二量子点较所述第一量子点大小或成分不同，这样所述第二量子点具有比第一量子点的第一个激子峰波长较长的第一个激子峰波长，并且不连续半导体层包括价带、导电带、以及具有在所述价带和所述导电带之间的带隙内能量级的中间带。
依据另一实施例，提供一种制造半导体材料的方法。所述方法包括：沉积溶液（depositing a solution），该溶液包括溶剂、在衬底上的多个第一量子点和多个第二量子点，其中所述第二量子点数量较所述第一量子点数量少且分散在所述多个第一量子点，这样堆积的第一量子点形成CQD结合体层，所述第二量子点具有与所述第一量子点不同的大小或成分，这样所述第二量子点具有较所述第一量子点的第一激子峰波长较长的第一激子峰波长，并且所述半导体材料包括价带、导电带、以及具有在所述价带和所述导电带之间的带隙内能量级的中间带。
在一些实施例中，所述衬底为用作光电设备部分的材料或层（如电极或电子阻挡层）。
依据另一实施例，提供一种制造电子异质结的方法。所述方法包括直接沉积在所述半导体材料上的电子受体。
依据另一实施例，所述方法包括沉积在所述电极上的电子阻挡层，其中所述半导体层在所述电子阻挡层上形成。
依据另一实施例，提供一种制造光电设备的方法。所述方法包括：通过沉积溶液形成半导体层，沉积溶液包括溶剂、在包含电子的衬底上的多个第一量子点和多个第二量子点，其中所述第二量子点数量较所述第一量子点数量少且分散在所述多个第一量子点，并且所述第二量子点具有与所述第一量子点不同的大小或成分，这样所述第二量子点具有较所述第一量子点的第一激子峰波长较长的第一激子峰波长，并且所述CQD结合体层包括价带、导电带、以及具有在所述价带和所述导电带之间的带隙内能量级的中间带；以及直接沉积电子受体层在所述CQD结合体层上，其中所述CQD结合体层和所述电子受体层形成电子异质结。
本发明的其他设备、装置、系统、方法、特征和优势对本领域技术人员而言，基于下述附图和详细说明的审查将会或变得很明显。这旨在于所有这个附加系统、方法、特征和优势包含在这描述中，在本发明的保护范围内，受所附权利要求保护。
简要附图说明
依据下述附图，本发明可被更好地理解。附图中部件不一定是按照比例的，而重点放在示出了本发明的原理。在附图中，像参考标记指的是不同附图中的相应部分。
图1是依据本发明某实施例的光电设备示例的横截面图。
图2是依据本发明某实施例的光电设备另一示例的横截面图。
图3是依据本发明来源于包括两个不同类型量子点掺合物的量子点层示例的电子结构是一图。
图4是依据包括量子点掺合物的设备示例的能量带图。
图5A是两个样本CQD PV设备和两个样本CQD IBPV设备的EQE光谱图（%）作为波长函数（nm）图。
图5B示出了图8A所示光响应的部分，重点在1200nm-1700nm光谱区域内。
详细说明
关于本文目的，当层（或膜、区域、衬底、部件、设备或其他）指的是在另一层“上（on）”或“越过（over）”另一层时，可理解为层可直接或实际上在另一层上（或越过另一层），另外还会出现中介层（如缓冲层、过渡层、隔层、牺牲层、腐蚀停止层、遮罩（masks）、电极、连接线、触点或其他）。除非另有说明，则一层“直接在另一层上”意味着没有中介层。当层指的是在另一层“上”（或“越过”另一层）时，还可理解为层可覆盖在另一层的整面或仅覆盖另一层的部分。进一步理解术语如“在…上形成”或“在…上设置”并不旨在于受相关材料运输、沉积、制造、表面处理或物理、化学或离子结合或相互作用的特定方法限制。术语“介入的（interposed）”以相似方式解释。
在此使用，术语“光电设备”通常指的是任意充当光-电能转换器或电-光转换器的设备。相应地，术语“光电设备”可指，例如，光伏（PV）设备（如，太阳能电池）、光电探测器、热伏电池、或电致发光（EL）设备如发光二极管（LED）或激光二极管（LD）。
在此使用，术语“富勒烯”指的是巴克敏斯特富勒烯以及分子碳如和相似笼状碳结构，且通常在20至数百碳原子范围，即中的n为20或大于20。所述富勒烯可功能或化学修改为特定目的，例如，改善溶解性或可分散性或修改所述富勒烯电性能。所述术语“富勒烯”也可指内嵌富勒烯，其中非碳原子或原子团簇在所述碳笼中。所述术语“富勒烯”也可指富勒烯衍生物。一些富勒烯衍生物的非限制性示例为[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)和苯基- C61-丁酸胆甾基酯（butyric acid cholestryl ester） (PCBCR)。术语“富勒烯”也可指前述形式的富勒烯混合物。
在此使用，术语“量子点”或“QD”指的是半导体纳米晶体材料，激子在其中被限制在全部三维内，当区别于量子线（量子仅限制在二维）、量子阱（量子仅限制在一维）和块半导体（未受限）。量子点的许多光学、电学、化学性能可强烈地取决于它的尺寸，因此这些性能可通过改变大小来修改或调整。量子点通常称为颗粒，它的形状可以是球状、椭圆状或其他形状。所述量子点的“大小”可指它形状的尺寸特征或它形状的近似值，因此可以是直径、主轴、主要长度等。量子点的尺寸约为纳米，即通常在1-1000nm，但通常更多在1-100nm、1-20nm或1-10nm。在多个或全部量子点中，所述量子点被认为具有平均大小。多个量子点的大小分布可以是或可以不是单分散的。所述量子点可有核壳结构，其中的核心和周围的外壳可有不同成分。量子点也可包括附着在其外表面的配体，或可与其他化学根功能化处理用以特别目的。
在此使用，术语“电子异质结”指的是并列且直接相互接触的两侧不相似材料。一层作为给电子体而另一层作为电子受体，如被用于形成光电二极管。所述术语“电子异质结”包含术语“光伏异质结”。
本发明主题是针对中间带或杂质带（IB）光电设备，尤其是基于异质结的包含溶液加工的Qds如胶状QDs(CQDs)的IB光电设备。基于一些实施例，至少部分，就材料、结构、和制造方法已公开在于2010年9月29日申请的国际申请号PCT/US2010/050712，“量子点-富勒烯结光电设备”，以及于2010年9月29日申请的国际申请号PCT/US2010/050731，“量子点-富勒烯结基于光电探测器”。这两份内容均通过结合参考全部引用于此。与已知IB设备相比较，在此公开的IB设备中IB特征和主半导体由CQDs构成，CQDs提供关于IB过程效率的独特优势。
图1是依据本发明某实施例光电设备100示例的横截面图。在这个具体例子中，光电设备100同光伏（PV）设备操作（例如，太阳能电池），尽管本领域技术人员认为光电设备100可适于用作另外类型光电设备。通常，所述光电设备100是任意光电设备，该光电设备是基于由半导体层108（或半导体材料）直接与电子受体层112连接形成的电子异质结104。如下述描述，所述半导体层108形成于多个CQDs，并相应地指的是此处的CQD层108。这样，所述半导体或CQD层108在结构性上看是形成于离散CQDs，与传统单片半导体相比较，此处指的是CQD结合体层。在这个异质结中，所述CQD层108作为给电子体（或空穴传输）层和所述电子受体层112作为电子传输层。所述CQD层108是光敏的，响应光116吸收形成激子。所述电子受体层112也是光敏的，响应光116吸收形成激子。在PV设备或其他类型光吸收设备中，所述CQD层108可设置在电极120（作为阳极）上，所述电子受体层112直接设置在所述CQD层108上，并且电极124（作为阴极）可设置在电子受体层112上。在典型实施例中，所述电极120旨在传输入射光116且由透明材料构成。在这个例子中，所述电极120可作为前电极（接收入射光116）且另一电极124可作为后电极。通常，所述电极120被提供为设置在合适衬底128上的薄膜或涂层。如果衬底128由透明材料构成，所述衬底128作为保护层保留在最终设备中。所述设备100的另一实施例中，电极124名义上是透明的，而所述电极120可以是或可以不是透明的。在这个实施例中，衬底128可以是或可以不是透明的。
所述光电设备100被放置在与通过合适附着手段分别连接至所述电极120和所述电极124的电能源-用电负载或存储设备132（例如电池、点入、电子设备等）-或就光电探测器而言的电源、EL设备或类似-通过电线（线等）进行电子通信。同光吸收设备操作中，穿过所述电极120的光116（更广泛地说，电磁能）诱导在CQD层108中激子（电子-空穴对）的光产生。光也可在所述电子受体层112中吸收，诱导光产生激子在所述电子受体112层。所述激子在CQD层108和电子受体层112之间的结处或附近分离出电子和空穴。所述空穴传输通过CQD层108至电极120，并且所述电子传输通过电子受电层112至所述电极124。因此，电流流过所述负载或存储设备132。 本领域技术人员所知，所述光电设备100可包括附加层（图1中未示出），该附加层便于空穴和电子快速传播至各自的电极120和124和/或降低电子-空穴重组可能性。所述光电设备100或许多这样的设备100连接成列打包或封装（未示出）当通过合适方式需要时，本领域技术人员是已知的。
所述CQD层108包括多个胶状量子点（CQDs）。在一些实施例中，所述CQD层108可具有5nm-5μm范围的厚度。在本上下文中，厚度定义在图1中的垂直方向，相对于参考的特定参照系，不局限放置在光电设备100的特定方向上。在对现有学说的典型实施例中，CQDs由无机半导体材料构成。在一具体但未限制示例中，CQDs是硫化铅（PbS）或硒化铅（PbSe）晶体或颗粒。一般而言，CQDs可从各种族II- VI, 族I-III-VI、族III-V、族IV、族IV- VI、族 V-VI材料中选择。例子包括但不限于，族II- VI材料如ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, CdS, CdSe,CdTe, CdO, HgS, HgSe, HgTe, HgO, MgS, MgSe, MgTe, MgO, CaS, CaSe, CaTe, CaO,SrS, SrSe, SrTe, SrO, BaS, BaSe, BaTe, 和BaO；族I-III-VI材料如CuInS2, Cu(In,Ga)S2, CuInSe2, 和Cu(In,Ga)Se2；族III-V材料如A1N, A1P, AlAs, AlSb, GaN, GaP,GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, 和InSb；族IV材料如Si, Ge, 和C；族IV- VI材料如GeSe,PbS, PbSe, PbTe, PbO, SnSe, SnTe, 和SnS; 以及族V-VI材料如Sb2Te3, Bi2Te3, 和Bi2Se3。过渡金属化合物如Fe, Ni, Zn, 和Cu的氧化物、硫化物和磷化物可被利用。CQDs例子进一步包含二元、三元、四元等合金或混合物，其包括前述种类（例如，SiGe, InGaAs,InGaN, InGaAsP, AlInGaP等）其他CQDs可包括其他类型半导体材料（例如，某有机和聚合物材料）。对具有核壳结构的CQD，所述壳由前述种类或其他种类中的一个组成，并且所述核和所述壳各自成分也可不同，如核壳成分可以是CdSe-ZnS。
本领域技术人员所知，选用于CQDs的成分可基于所需特性，如带隙能量或波长效应（wavelength sensitivity）。如示例，CQDs如PbS, PbSe, PbTe, HgTe, InAs, InP,InSb, InGaAsP, Si, Ge或SiGe可被选用于IR敏感，而CQDs如CdS, CdSe 或CdTe可被选用于可见光灵敏感，并且CQDs如ZnS 或ZnSe用于UV敏感。PbS和其他IR-敏感CQDs尤其用于光电设备，作为大部分太阳能用于通过在IR区域内光电设备进行的转化。蓝-、UV-，和接近-IR-吸收（或放射）CQDs也可被选择。另外，CQDs的大小被选择去吸收或放射理想范围的电磁辐射。通常对于给定CQD种类低于临界大小，较小大小移动所述半导体带隙至较短（较蓝）波长，较大大小移动所述半导体带隙至较长（较红）波长。进一步，所述CQDs的光电性能可自定义取决于形状或在所述CQD层108的大小分布。另外，所述CQD层108可包括2个或多个不同种类（成分）CQDs和/或2个或多个不同的特定大小。当扩展所述CQD层108特点、特性或性能范围时，这是有用的。例如，上述国际申请号PCT/US2010/050712和PCT/US2010/050731教导在CQD层108中的CQDs混合物可被选择，使得所述CQD层108具有对电磁光谱（例如，可视光和IR辐射，可视光和UV辐射等）不同带的响应能力。另外，正如本文公开的内容可见不同大小或类型的CQDs混合物可被生产以在光电设备100中制造中间带。另外，提供超过一个不同的CQD层108，每个具有不同成分或大小的CQDs。两个或多个CQD层108可形成相应数量在光电设备100内的分离CQD-电子受体结的部分。
所述CQDs可通过多种技术形成，该技术需要第一步整合，之后在第二步沉积在衬底上。这个技术包括但不限于，化学合成（例如胶合剂合成）和等离子体合成，当区别于原位复合技术，如气相沉积和纳米蚀刻。CQDs的大小、大小分布、形状、表面化学或其他属性通过任意合适已知或之后发展的技术，可被设计或调整具有理想特性（例如光吸收和/或放射）。所述CQD层108可通过任意合适方法，尤其是溶液处理的基本方法如多种已知涂料和印刷方法或刮片形成在合适的底层的衬底或层（例如，所述电极120或中介层）。在一示例中，所述CQDs被提供在有机载体溶剂的处理溶液中，溶剂如苯甲醚、辛烷、己烷、甲苯、 丁胺、水等，具有或不具有基质或主材料，并且通过旋涂沉积所需厚度。多余溶剂可之后通过蒸发、真空或热处理而消除。在形成之后，所述CQD层108可或不可包括残余溶剂。所述沉积态CQD层108可包括C多个、结合体、整体或阵列CQDs。因此，所述CQD层108在结构上不连续。所述CQDs可随机设置或紧密填充，而或多或少独立的没有基质材料夹杂（The CQDs may be randomlyarranged or closely packed, yet more or less free-standing, without inclusionof a matrix material）。没有基质材料，所述CQD层108可通过伦敦或范德瓦尔斯力（London or Van der Waals forces）稳定，或者可与分子种类相联系，形成在节点CQDs之间的共价键。另外，所述CQDs可分散达到基质材料中的理想密度或浓度，该材料可由聚合物、溶胶凝胶或其他能够在预定底层表面上简单形成膜的材料构成。另外CQDs可通过依据下述描述以使膜难溶来稳定。
依据本示教的一方面，所述CQD层108用一种产生低缺陷密度，使得减少局部针孔（local pinholes）和缩短在所述CQD层108中的方式形成。一示例，所述CQDs提供在溶液中，该溶液包括至少一具有相对低挥发性（如苯甲醚）的溶剂部件或改善潮湿的底层衬底（如辛烷或其它烷烃）。在另一示例中，所述包含CQD的溶液作为多个层应用，以增加膜厚度和/或减少针孔。在另一示例中，CQD膜沉淀为第一镀层，其有助于在CQD层108中钝化任意缺陷/针孔。沉积包含CQD膜且之后是每个膜的后沉积处理的重复过程可重复多次，当需要获得理想层厚度或缺陷密度减少。
依据本示教的一方面，成型的CQD层108经受后沉积过程或处理，改变CQDs电传输特性，并显著地修改CQD层108中电子陷阱的生命周期。这个通过暴露所述CQDs至选定化学，如在化学溶液中沉浸CQD层108（以及底层结构）来完成。另外所述成型的CQD层108可经受处理，通过暴露他们至包括选定一个化学制品或多个化学制品的气相大气。所述化学制品用于处理所述CQD层108可改善电荷载体移动性，并钝化CQD层108中的缺陷或不饱和表面键。用于后沉积处理的化学制品的例子包括下述中的一个或多个：乙硫醇、硫烷、烯基硫醇、炔基硫醇、芳基硫醇、乙二硫醇、苯硫酚、烷基多硫醇、烯基多硫醇、炔基多硫醇、芳基多硫醇、羧酸、甲酸、巯基丙酸、甲醇、甲苯、异丙醇、氯仿、乙腈、 醋酸、丁胺、1,4丁基二胺、烷基胺、烯基胺、炔基胺、芳基胺、烷基多胺、烯基多胺、炔基多胺和芳基多胺。
所述电子受体层112可具有任意适于形成有CQD层108的异质结的成分，用于制造本文所述光电设备。在一些实施例中，所述电子受体层112具有范围在3nm-300nm的厚度。在一些实施例中，所述电子受体层112包括多个富勒烯。所述富勒烯可由多种已知技术形成，如有机合成或石墨电机间弧放电。所述电子受体层112可进一步包括聚合物膜或其他合适基质材料，其中分散有富勒烯。所述富勒烯形成在CQD层108上，例如，热蒸发、旋涂或任何其他沉积或膜形成技术，适用于提供理想厚度的含富勒烯层。在其他实施例中，所述电子受体层112包括半导体氧化物，其通过各种已知技术形成，例如真空沉积、溶液凝胶沉积、或热蒸发。适用于电子受体112的半导体氧化物的例子包括，但不限于，氧化钛、氧化锌和二氧化锡。
所述电极120可以是任意材料，它能导电，并当电极120旨在接收入射光116时光学透明的。在现在的情况下，导电材料通常是一种可接受用作电极或触点用于电流在商业或工业级电路中流通，即有可允许的低电阻损耗的材料。光学透明的材料通常是一种传递足够量入射光116通过它的厚度以照射所述CQD层108的CQDs，即没有显著光子反射和吸收的材料。至于一非限制性示例，透明材料可以是一种允许至少50%入射电磁辐射116（理想波长或波长范围）被传输通过所述材料厚度的材料。另外，所述电极120的材料应该是一种提供适于CQDs沉积的表面，以及通常便于光电设备100在可靠、低成本的方式下制造的材料。相应地，所述电极120的材料可以是如薄膜在衬底上沉积的类型（即衬底128）。
电极120示例包括，但不限于，透明导电氧化物（TCOs）、透明金属、透明纳米碳和透明导电聚合物。TCOs可包括，例如，二氧化锡（TO）、铟锡氧化物（ITO）、氧化锌（ZnO）、氧化铟锌(ZIO)、锌铟锡氧化物(ZITO)、氧化铟镓(GIO)、以及进一步前述的合金或衍生物。二氧化锡也可掺杂有富勒烯（F）。ZnO也可掺杂有族III元素，如镓、和/或铝（Al），则因此更普遍化学计量表达为，其中 。其他金属氧化物和非氧化物薄膜半导体可能合适。就金属而言，多种金属（例如，银、金、铂、钛、锂、铝、镁、铜、镍和其他），包含金属的合金（包括多层或两个或更多不同金属，具有或不具有粘附促进层，如钨），或者包含金属混合物可被用作电极120，只要金属电极120足够薄而透明，即有“透明厚度”。如果光电设备100在IR范围内敏感，之后电极120应对IR波长显著透明。电极材料可被结合形成合成电极120。一示例是使用TCO，如ITO，与导电聚合物结合以改善介面质量，如PEDOT:PSS。在另一实施例中导体120不需要透明且可从金属、含金属合金或含金属混合物中选择。一个或两个电极120或124应该是透明的。
依据上述关于电极120的描述提供所述电极124。在光电设备的典型实施例中，电极124不需要透明且其成分通常选自金属、含金属合金或含金属混合物。所述电极124可基于作为欧姆接触的工作性能或它的使用而被选择。所述电极124可覆盖以被沉积（例如在本例中电子受体层112）的下底层全部表面或下底表面部分。另外，提供超过一个物理上不同的电极124，如通过提供导电材料层并随后通过任意合适技术在导电层上形成电极124。一优选示例，所述电极124由铝构成。
所述衬底128可通常具有任意适于制造电极120的成分，并取决于如所用沉积技术类型的因素，所述衬底128是否需要为透明的，所述衬底128在制造后是否需要从电极120上移除，所述光电设备100的终端使用等。因此，所述衬底的成分通常可包括多种玻璃（包括光学级）、陶瓷（例如蓝宝石），金属、电介材料、导电或绝缘聚合物、半导体、半绝缘材料等。
图2是依据本发明实施例光电设备200另一示例的横截面图。在这个实施例中，提供一个或多个材料的附加层，以提高性能相关因素如量子效率或能量转换效率。例如，空穴阻挡层242可放置在所述电子受体层112和所述电极124之间，阻止空穴穿越至电极并可能与所述电极表面的自由电子结合。所述空穴阻挡层242可由任意有机或无机材料组成，适用于提供空穴阻挡功能。示例包括，但不限于，无机化合物如Ti02或ZnO、有机化合物如2,9-二甲基l-4,7-二苯基-1,10-邻二氮杂菲(浴铜灵或 BCP)、4,7-二苯基l-l,10-邻二氮杂菲(红啡绕啉或BPhen)、2,9-二回(萘甲醇-2-yl)-4,7-联苯-l,10-邻二氮杂菲(NBPhen)、或者金属鳌合物如三羟甲基氨基甲烷-8-羟基-喹啉铝(Alq3)、以及化学衍生物和前述的衍生物。一般在有机光电设备中用作电子传输或空穴阻挡层的几个有机混合物可为有效的，当所述空穴阻挡层242在本实施例中。所述空穴阻挡层242也可包括提供增强载体浓度的掺杂层。掺杂剂可包括有机分子或碱金属，如锂或铯。所述空穴阻挡层242的厚度将通常取决于它的成分。在一些示例中，所述空穴阻挡层242的厚度在1nm-100nm范围间。
在一些实施例中，所述光电设备200可包括放置在所述电极120和所述CQD层108之间的电子阻挡层244，以防止电子穿越至所述电极120并可能与空穴结合。所述电子阻挡层244可由任意适于提供电子阻挡功能能够的有机或无机材料组成。例子包括，但不限于，三氧化钼(M0O3)、三氧化钨 (WO3), 氧化铜 (CuOx), 氧化镍(NiOx),酞菁如铜酞菁(CuPc)或or锡酞菁(SnPc) (但不限于金属-Pc混合物), 4,4',4"-三羟甲基氨基甲烷(3-甲基苯基苯)- 三苯胺(m-MTDATA), N,N'-二回(l-萘基)-N,N'-二苯基-(l,l'-联苯)-4,4'-二元胺(a-NPD),以及化学衍生物和前述衍生物。另外具有不同于层108中CQDs的势能的CQDs可被用作电子阻挡层244。具有高导电的材料通常不适合，当电荷重组出现在这些层内或邻近处。在其被沉积后修改所述电子阻挡层244的特性是可取的，可提高它的效用。这些处理可包括在多种氧化中退火或减少大气或暴露在氧化或减少等离子体。适量氧化或减少种类和反应室对本领域技术人员是已知的，则不需要在本文中详细描述。通常在有机光电设备中用作空穴传输或电子阻挡层的几个有机混合物可为有效的，当所述电子阻挡层244在本实施例中。所述电子阻挡层244的厚度通常取决于它的成分。在一些示例中，所述电子阻挡层244的厚度范围在1nm至100nm。
取决于界面上所述半导体层的成分和特性，空穴阻挡层242和/或电子阻挡层244如那些在上述指出的，也可作为激子阻挡层以限制光产生机子至异质结区域，在该区域内需要被分离且远离所述电极/半导体界面。除了所述空穴阻挡层242和/或所述电子阻挡层244外，还提供阳极面和/或阴极面激子阻挡层。正如本领域技术人员所知，激子阻挡层的成分由是否设置在阳极（例如，电极120）或阴极（例如，电极124）邻近处决定，使得激子阻挡层不消弱空穴或电子在相关方向上传输。也可理解所述空穴阻挡层、所述电子阻挡层以及激子阻挡层可掺杂有其他混合物，用于多种目的如增强移动性或稳定它们结构。另外，这些类型层也可作为保护层，在制造过程期间保护沉积态底面层。本领域技术人员将会理解化学衍生物或前述例子的材料衍生物、以及相似表现替代物，如用作所述空穴阻挡层、所述电子阻挡层和所述激子阻挡层的材料的应用。
在另一实施例中，所述设备通过扭转在此所述层来制造，如CQD层108设置在所述电子受体层112上。这样理解异质结的特性和层组合功能保持相同。
在本示教的一方面中，所述半导体或CQD层108可形成为不同类型（不同大小和/或成分）的CQDs混合物（或混合），在光电设备100中创造中间带（IB）。在现在情况下，用在混合物中的不同CQDs有各自带隙，这些带隙间相互不同，以在光电设备100中有效制造差异IB。这可与简单将不同类型CQDS混合在一起的一般概念区别开来。正如上述参考申请号PCT/US2010/050712和PCT/US2010/050731,CQDs两个或多个不同类型混合物可提供一因子如敏感性，以拓宽光谱范围，但是这个混合物在所述混合CQD结构中制造IB并不有效。另外，当考虑不同大小的CQDs，因CQD合成技术的本质（例如操作条件变化），CQDs层可认为本质上具有一些有限的大小分布，尽管当这个CAD层与单个不同“大小“的CQDs单独形成（a givenlayer of CQDs may generally be considered as inherently having some finitedistribution of sizes, even when such CQD layer was formed solely with CQDsof a single distinct "size."）。相应地，提及不同”大小“的CQDs混合物（例如，3-nmCQDs和5-nm CQDs混合物），所述术语”大小“通常意味着平均尺寸或标准尺寸，考虑到在各自尺寸中多分散性程度的可能。在现在的情况下，所述CQD层108形成于不同尺寸的CQDs混合物，其中所述不同尺寸之间相互不同，以制造差异IB。
包含IB的CQD层108的CQDs可以是上述溶液处理的。不同CQDs可分开制造，并之后在沉积在底面层（例如，在电子阻挡层120上）之前或当时混合在一起。在一些实施例中，所述混合物包括一定数量的第一CQDs和较少数量的第二CQDs，这样第一CQDs可作为主半导体材料（或主CQDs）且第二CQDs可作为搀杂剂或杂质材料（或搀杂剂或杂质CQDs）。通常，所述第二CQDs分散在整个第一CQDs。所述分散通常为随机的，尽管在一些实施例中是周期性的（或大体上周期性的）。所述第二CQDs分散在结果CQD层108制造了IB。第一CQDs与第二CQDs的混合比率取决于所述第一和第二CQDs间的吸收比率，或载体在IB级生命期。在一些实施例中，所述比率在20：1至2：1的重量范围内。
所述CQD层108由亚层构成，这样所述第二CQDs不同一致地分散在整个CQD层108。这个被用来优化不同波长下的光子比率，这些不同波长在膜的不同位置被吸收。例如，所述CQDs层通过沉积第一CQDs的第一亚层在第一电极120上，然后沉积第一和第二CQDs的第二亚层在所述第一亚层上。或者第一和第二CQDs的第一亚层沉积在所述第一电极120上，以及所述第一CQDs的第二亚层沉积在所述第一亚层上。本领域技术人员可预想其他方法，使得所述CQD层108分割成带有CQDs不同成分的亚层。
图3是包含第一CQDs（主CQDs，此处示出的具有标准直径3nm）和较少数量分散在整个第一CQDs的第二CQDs（掺杂CQDs，此处示出的具有标准直径5nm）的CQD层108的电子结构图，示出了产生在混合CQD层108中能量级。图左方在所述价带（VB）和所述导电带（CB）之间的带隙与所述第一CQDs相关联，并有能量。这可见第二CQDs的包含有效在第一CQDs的VB和CB之间的中间能量级处制造了IB。事实上，这导致了CQD层108具有第二带隙能量（中间或杂质带）和第三带隙能量。所述第二带隙在第二CQDs的VB和CB之间，在图右方示出。因此，三个不同电磁能转变是可能的，增加光子光谱的可被吸收在CQD层108，与缺乏IB的单结活性区域比较。
CQDs，尤其是在本发明描述的溶液处理的CQDs，有几个能使他们成为IB光电设备的优秀候选。首先，CQDs的能量级由于量子限制效应，基于点尺寸调整，且某CQDs（如PbSCQDs）优先地在所述导电带（CB）中变化。这使得图3中示出的电子结构内，两种不同CQDs各自VBs相匹配，并且所述杂质带位置近乎理想放大太阳能转换（约第一CQDs全部带隙的三分之二，示出在图3）。这很重要因为与IB材料系统相联系的挑战包括匹配材料，该材料具有兼容地处理条件和合适的能量位置。第二CQDs中的电荷（通常P类型CQDs中的电子在微秒至秒的时间内受困）。一个例子示出这为什重要，关于100 mW/cm2AM1.5G太阳能励磁和IB1.3 μm截止波长，并假设有单激子的CQD对抗未激励的CQD有相同吸收横截面，但PbS CQD可预期约1微妙吸收光子。因此，受困态生命期应显著超过这个时间，在自由空穴未受困在主半导体基质中。已发现基于本文公开的CQD混合的设备展出的长受困态生命期制造了在适度照明阶段下第二激励过程的重要机会。第三这些受困电子不能快速与自由空穴结合或阻碍空穴传导。这很重要因为受困电子经常表现为优先重组中心，限制受困生命期并导致光电流损耗。PbS CQDs的光电导增益的存在现实了受困态生生命期不仅长，且自由载体可在不结合受困载体下产生光电流。第四，量子点中电荷约束打开了第二激励机制的可能，该机制比传统上转换过程更有效。图3示出了传统的IBPV过程，其中IB级的电子受第二光子激发至主导电带。在QDs中，当有许多激子时，奥杰尔过程（Auger processes）可控制激子重组。在这个过程的第二基态电子被激发进入IB级，制造第二激子。所述两个激子再次结合，转移他们的能量至单独电荷载体。这个重组过程出现在10ps时间的QDs中。因为每QD有许多基态电子，许多激子过程比第二光子激励具有更多机会。这个过程使得两光子激励过程比图3中所示的更有效。
对于一非限制性示例，CQD层108可包括掺杂有5nmPbS CQDs的3nmPbS CQDs（即“主”半导体）混合。这一示例在图3中示出。第一带隙具有1.7 eV 能量，第二带隙具有1.1 eV 能量，以及第三带隙具有0.5 eV 能量。图6是依据包含CQD混合的材料系统的一示例的能量带图，以形成在其活性区域带有IB的光电设备，具体是阳极(ITO) / EBL() / CQD层（3nmCQDs和5nmCQDs混合）/电子受体层(C60) / HBL (BCP) / 阴极(Al)。
上述溶液处理的CQDs制造包含IB的活性区域用于光电设备的效用由几个实验示出。在一实验中，制造由覆盖在相间错杂电极上的光导胶状QD（CQD）层构成的设备。一样本由～4nm大小的PbS CQDs构成，其具有达到峰值约1000nm的第一激子并吸收光子约1300nm（“1000nmCQDs”）。另一样本由相同1000nmCQDs但沉积与～6nm大小PbS CQDs达到10：1重量比构成，其具有达到峰值约1550nm的第一激子并吸收光子约1700nm("1550 nm CQDs")。下方表格示出了测量两个不同励磁波长，1250nm和1500nm的光电流。测量使用1500激励的所述光电流示出了电荷载体通过亚-主-带隙励磁制造的IB。1500nmCQDs的低浓度显示所述光电流传导主要通过1000nmCQDs发生。
表格
在另一实验中，依据图4设备如下述制造。PbS CQDS与油酸合成限制配体进行配位体交换，通过使用1：3溶剂的无水异丙醇和离心法将CQDs从溶液中首先沉淀出。所述CQDs之后溶解在纯丁胺且CQDs沉淀过程和在纯丁胺再分散重复一次。最终所述CQDs溶解在纯丁胺中并混合有1：8：9的苯甲醚和辛烷。这个过程应用到具有峰值达到1007nm的第一激子的CQDs和应用到具有峰值达到1480nm的第一激子的CQDs。制造两个不同混合，一个具有1007nm的第一激子CQDs与1480nm第一激子CQDs3：1比率的混合，而另一个具有1007nm的第一激子CQDs与1480nm第一激子CQDs 5：1比率的混合。所述3：1比率混合相当于25%掺杂级和5：1比率相当于17%掺杂级。这些溶液然后被用在太阳能电池制造。所述太阳能电池衬底由覆盖在透明导电层ITO的50mm2玻璃组成。热蒸发在这些衬底上的1.3nmMoO3热蒸发。接着，CQDs整体组成的薄膜通过旋涂来自溶液的所述CQDs沉积。第四步骤的不同衬底与四种不同类型CQD溶液使用。所述衬底之后从手套盒（glove box）中去除并在乙腈中的5%甲酸溶液中处理五分钟。然后，、BCP、 Al、和Ag通过热蒸发分别堆积至50nm、15nm、50nm、50nm厚度。这制造了最终设备堆栈（final device stack）。所述设备几何结构由金属层的荫罩板（shadow mask）定义，并组成有1mm和3mm直径的圆。
图5A是关于两个样本CQD PV设备和两个样本CQD IBPV设备的作为波长函数（nm）的EQE光谱（%）图。单带隙设备性能显示为设备，制造使用1007nm（1.23 eV）第一激子PbSCQDs（踪迹1）或1480nm（0.84 eV）第一激子（踪迹2）。也示出了使用1007nm(1.23 eV)第一激子PbS CQDs制造的IBPV CQD设备， 其混合较小带隙(0.84 eV)PbS CQDs，以制造IB掺杂特点。IBPV设备性能示出为两个不同掺杂级，一个是1.23 eV 与0.84 eV CQDs的 3：1比率（踪迹3）和1.23 eV 与0.84 eV CQDs的5：1比率（踪迹4）。图5B示出了图5A中光敏反应部分，突出在1200nm和1700nm间光谱区域。图5B显示与1.23 eV PbS CQDs混合的0.84 eV PbS CQDs中的包含物使得PV设备，比观察不需要那些较小带隙CQDs包含物的光敏反应较长波长光。图5A和5B示出了IB和主CQDs在激励峰（excitonic peaks）处光电流的比率，分别为5.4%的3：1混合和3.3%的5：1混合。对于25%掺杂级，这显示了相对于在3：1混合设备中直接主励磁的22%IB带量子效率，与两光子IB励磁过程的理论最大50%相比较。对于5：1混合设备，两光子激励过程的20%量子效率被示出，与理论最大50%相比较。在IB激励峰处的激励浓度0.5mW/cm2比较AM1.5G太阳光100 mW/cm2，并显示了两光子过程甚至在低激励浓度下有效，也显示了两光子过程比完成弛豫过程更有效。这解决了IBPV技术中的主要挑战。
再次指出在有IB的混合CQD层中4nm和6nmCQDs的利用仅是本示教的一个示例。依据本文，本领域技术人员明显知道不同带隙CQDs可不用作并区别大小（即两个或多个差异大小，或大小分布）和/或成分。对于进一步示例，在一些实施例中，由具有较小带隙的CQDs制造的IB级在混合CQD层中满足条件，其中，和分别是杂质带、主价带和主导电带的能量级。对于太阳能应用，这个范围相信能产生效率最大整体增长（即作为三种能量函数 的IB设备效率）-对于其中IB函数被用于延长波长敏感范围的光电检测应用，可能落在此范围外面。在一些实施例中，混合CQD层IB通过大于4 kT带隙从主CQDs的VB和CB中分离出来，其中k是玻耳兹曼常量，和T是CQD层温度。IB设备另一考虑是导电需要主要通过基质（主半导体）材料发生，而不是通过在IB级间掺杂或调整。这在IB掺杂或浓度水平上有约束。对于非常低掺杂浓度，IB过程将不捕获有效的足够光子。对于高掺杂浓度，IB级可制造有效能量级，允许在不激励下传输至主CB。因此，IB设备的掺杂级应该在中间范围，避免这些事件。在一些实施例中，在混合CQD层中的掺杂级如掺杂CQDs与总CQDs（例如，较大CQDs）比率范围在0.05-0.4之间。在一些实施例中，混合的CQD层有大于10μs在IB中电荷载体受困态生命期。
另外，在一些实施例中富勒烯电子受体层和BCP空穴阻挡层，在图4中可被替代为半导体氧化物层，如那些本文较早公开的。这个半导体氧化物的使用增加了设备的开路电压和稳定性。
可见所述混合的CQD电子受体异质结可改善PV设备。目前预估高达50%更高效率是从诸如未增加成本或过程复杂性的设备处获得。另外，由混合的基于CQD活性区域提供的IB可在其他类型光电设备有用。
在其他示例中，所述光电设备可包括许多活性电子结或亚晶胞，其可进一步提高效率。例如，所述光电设备可有包括交替的或周期性CQD层108和电子受体层112的堆栈结构。选择性地，导电（电荷传输）层可放置在每个CQD电子受体双分子层异质结构之间。一个或多个许多活性区域可包括上述描述的IB。另一选择，所述光电设备可有堆栈结构，其包含至少一CQD-电子受体双分子层异质结构和一个或多个附加由其他类型给电体和电子受体材料形成的异质结（例如，有机异质结、无机异质结）。在后者，所述CQD-电子受体双分子层异质结可被提供用于特定目的（例如IR敏感度）而其他类型异质结被提供用于不同目的（例如，可视光敏感度）。
材料的多种层以平面形式在图1和图2中描述。可以理解，但本文公开的所述光电设备不限于任何特定几何尺寸。所述光电设备可能有曲线轮廓或一些其他形状。另外，取决所用材料，所述光电设备是灵活的。
在CQD层108和电子受体层112之间的界面以平面形式在图1、2中描述。可以理解的是，但是，所述结可能不是平滑或生硬的。有可能所述结包括包含量子和电子受体材料的混合区域。也有可能所述层以量子点和电子受体材料区域形成贯穿区域网络的方式形成，他们分别为主要量子点和主要电子受体材料。另外，提供每单元衬底面积增长的异质结面积的垂直结构如柱、毛孔、平顶山、或其他微尺度或纳米结构，可被用于加强或操作光吸收。这结构可应用如平面结构相同异质结，但在这些其他例子中所述结可在三维方向延伸。
基于设备的CQD-电子受体异质结例子主要在光电子学背景下在此被描述，本领域技术人员认为在此示教的CQD-电子受体异质结构通常被应用至伟电子设备。也就是说，CQD-电子受体异质结的使用作为电子结不限于特定PV应用。对于非限制示例，所述CQD-电子受体结构可在显示设备（如平板显示）、晶体管、光学MEMS设备、微流体设备、芯片实验室（lab-on-a-chip）、手术植入设备等中利用。
通常，术语如“通信”和“与…通信”（例如，第一部件与第二部件“通信”或“在通信”）被用在此处显示两个或多个部件或元素间结构、功能、机械、电学、信号、光学、磁的、电磁、离子或流体关系。如此，事实是一部件与第二部件通信不旨在于排除附加部件在此之间、和/或相关联或参与所述第一和第二部件通信的可能。
可以理解本发明多种方面或细节在不偏离本发明范围的情况下改变。进一步，前述描述仅为了示出，但不是为了限制-所述发明由权力要求限定。

Claims (41)

1.一光电设备，包括：
第一电极；
设置在所述第一电极上且包含多个胶状第一量子点和多个胶状第二量子点的胶状量子点结合体层，其中所述第二量子点数量较第一量子点数量少，并分散在所述多个第一量子点中，并且所述第二量子点具有较所述第一量子点的不同大小或成分，这样所述第二量子点具有比第一量子点的第一个激子峰波长较长的第一个激子峰波长，并且胶状量子点结合体层包括价带、导电带、以及具有在所述价带和所述导电带之间的带隙内能量级的中间带；以及
直接设置在胶状量子点结合体层的电子受体，其中所述胶状量子点结合体层和电子受体层形成电子异质结；以及设置在电子受体层的第二电极。
2.根据权利要求1所述光电设备，其特征在于，所述中间带能量级满足条件，其中 ， 和 分别是杂质带、主价带和主导电带的能量级。
3.根据权利要求1所述光电设备，其特征在于，所述中间带通过大于4 kT带隙从价带和导电带中分离出来，其中k是玻耳兹曼常量，和T是胶状量子点结合体层的温度。
4.根据权利要求1所述光电设备，其特征在于，第二量子点数量与第一量子点和第二量子点总数量的比率范围在0.05-0.4之间。
5.根据权利要求1所述光电设备，其特征在于，所述胶状量子点结合体层有大于10μs中间带载体生命期。
6.根据权利要求1所述光电设备，其特征在于，第二量子点具有与第一量子点相同的成分且比第一量子点更大的尺寸。
7.根据权利要求1所述光电设备，其特征在于，第二量子点分散是随机的。
8.根据权利要求1所述光电设备，其特征在于，所述第一量子点和所述第二量子点具有从组中所选的成分，该组包括可视光-光感材料、红外线-光感材料、紫外线-光感材料、族II- VI 材料、族I-III-VI材料、族III-V材料、族IV材料、族IV- VI材料、族V-VI材料，以及前述两个或多个混合物或合金。
9.根据权利要求1所述光电设备，其特征在于，所述量子点具有从组中所选的成分，该组包括硫化铅、硒化铅、碲化铅、碲化汞、硫化镉、硒化镉、碲化镉以及前述合金。
10.根据权利要求1所述光电设备，其特征在于，胶状量子点结合体层有5nm-5μm范围的厚度。
11.根据权利要求1所述光电设备，其特征在于，所述胶状量子点结合体层显示不大于2nm粒子间隔。
12.根据权利要求1所述光电设备，其特征在于，所述电子受体层包括富勒烯或半导体氧化物。
13.根据权利要求1所述光电设备，其特征在于，所述电子受体层包括选择包括氧化钛、氧化锌、氧化锑或前述合金的组的半导体氧化物。
14.根据权利要求1所述光电设备，其特征在于，所述电子受体层有范围在3nm-300nm之间的厚度。
15.根据权利要求1所述光电设备，包括设置在所述第一电极的电子阻挡层，其特征在于，所述胶状量子点结合体层设置在电子阻挡层上。
16.根据权利要求15所述光电设备，其特征在于，所述电子阻挡层具有选自组的成分，该组包括氧化钼、氧化钨、氧化铜、氧化镍、酞菁、m-MTDATA、a-NPD、量子点。
17.根据权利要求1所述光电设备，包括设置在所述电子受体层上的空穴阻挡层，其特征在于，所述第二电极设置在所述空穴阻挡层上。
18.根据权利要求17所述光电设备，其特征在于，所述空穴阻挡层具有选自组的成分，该组包括氧化钛、氧化锌、氧化锑、BCP、BPhen、NBPhen、金属螯合物。
19.根据权利要求1所述光电设备，其特征在于，包括设置在所述第一电极和所述胶状量子点结合体层之间的第一量子点层。
20.根据权利要求1所述光电设备，其特征在于，包括设置在所述胶状量子点结合体层和所述电子受体层之间的第一量子点层。
21.一种制造光电设备的方法，所述方法包括：
形成胶状量子点结合体层，通过沉积溶液，该溶液包括溶剂、在含电极的衬底上的多个第一量子点和多个第二量子点，其中所述第二量子点数量较所述第一量子点数量少且分散在所述多个第一量子点中，所述第二量子点具有与所述第一量子点不同的大小或成分，这样所述第二量子点具有较所述第一量子点的第一激子峰波长较长的第一激子峰波长，并且所述胶状量子点结合体层包括价带、导电带、以及具有在所述价带和所述导电带之间的带隙内能量级的中间带；以及
直接放置电子受体层在所述胶状量子点结合体上，其中所述胶状量子点结合体层和所述电子受体层形成电子异质结。
22.根据权利要求21所述方法，其特征在于，中间带能量级满足条件，其中，和 分别是杂质带、主价带和主导电带的能量级。
23.根据权利要求21所述方法，其特征在于，所述中间带通过大于4 kT带隙从价带和导电带中分离出来，其中k是玻耳兹曼常量，和T是胶状量子点结合体层的温度。
24.根据权利要求21所述方法，其特征在于，第一量子点数量与第一量子点和第二量子点总数量的比率范围在0.05-0.4之间。
25.根据权利要求21所述方法，其特征在于，所述胶状量子点结合体层有大于10μs中间带载体生命期。
26.根据权利要求21所述方法，其特征在于，第二量子点具有与第一量子点相同的成分且比第一量子点更大的尺寸。
27.根据权利要求21所述方法，其特征在于，沉积所述胶状量子点结合体层包括随机分散所述第二量子点在多个第一量子点中。
28.根据权利要求21所述方法，其特征在于，所述溶剂从包括甲苯、苯甲醚、链烷烃、丁胺和水的组中选择。
29.根据权利要求21所述方法，其特征在于，包括形成第一量子点在第一溶液中，形成第二量子点在第二溶液中，并混合第一溶液和第二溶液形成第一量子点和第二量子点的混合物，其中沉积所述胶状量子点结合体层包括沉积所述混合物在电子阻挡层上。
30.根据权利要求21所述方法，其特征在于，包括用包含选择组的成分的溶液或蒸汽处理所述第一量子点和所述第二量子点，该组包括乙硫醇、硫烷、烯基硫醇、炔基硫醇、芳基硫醇、乙二硫醇、苯硫酚、烷基多硫醇、烯基多硫醇、炔基多硫醇、芳基多硫醇、羧酸、甲酸、巯基丙酸、甲醇、甲苯、异丙醇、氯仿、乙腈、 醋酸、丁胺、1,4丁基二胺、烷基胺、烯基胺、炔基胺、芳基胺、烷基多胺、烯基多胺、炔基多胺和芳基多胺；和前述两个或多个混合物。
31.根据权利要求30所述方法，其特征在于，处理第一量子点和第二量子点减少量子点间粒子间距、减少胶状量子点结合体层沉积态厚度、或同时减少粒子间距和沉积态厚度。
32.根据权利要求31所述方法，其特征在于，处理第一量子点和第二量子点减少粒子间距至2nm或少于2nm，减少胶状量子点结合体层沉积态厚度20-80%，或均减少粒子间距2nm或少于2nm，并减少沉积厚度20-80%。
33.根据权利要求21所述方法，其特征在于，所述电子受体层包括富勒烯或半导体氧化物。
34.根据权利要求21所述方法，其特征在于，所述衬底进一步包括在电极上的电子阻挡层，并且所述胶状量子点结合体层形成在所述电子阻挡层上。
35.根据权利要求21所述方法，其特征在于，包括沉积空穴阻挡层或激子阻挡层在所述电子受体上。
36.根据权利要求21所述方法，其特征在于，沉积溶液包括旋转涂覆、印刷、刮片或喷涂。
37.依据权利要求21所述方法制造的光电设备。
38.半导体材料，包括：多个形成胶状量子点结合体的胶状第一量子点，以及多个胶状第二量子点，其中所述第二量子点数量较所述第一量子点数量少，并且分散在所述多个第一量子点中，所述第二量子点较所述第一量子点大小或成分不同，这样所述第二量子点具有比第一量子点的第一个激子峰波长较长的第一个激子峰波长，所述半导体材料包括价带、导电带、以及具有在所述价带和所述导电带之间的带隙内能量级的中间带。
39.电子异质结，包括：权利要求38所述半导体材料；以及直接放置在半导体材料上的电子受体层。
40.制造半导体材料的方法，所述方法包括沉积溶液，该溶液包括溶剂、在衬底上的多个第一量子点和多个第二量子点，其中所述第二量子点数量较所述第一量子点数量少且分散在所述多个第一量子点中，所述第二量子点具有与所述第一量子点不同的大小或成分，这样所述第二量子点具有较所述第一量子点的第一激子峰波长较长的第一激子峰波长，并且所述半导体材料包括价带、导电带、以及具有在所述价带和所述导电带之间的带隙内能量级的中间带。
41.制造电子异质结的方法，所述方法包括直接沉积电子受体层在权利要求40所述半导体材料上。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107611194A (zh) * 2017-09-19 2018-01-19 京东方科技集团股份有限公司 光电传感器、阵列基板、显示面板及显示装置

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5964742B2 (ja) * 2012-12-26 2016-08-03 富士フイルム株式会社 半導体膜、半導体膜の製造方法、太陽電池、発光ダイオード、薄膜トランジスタ、および、電子デバイス
US9761443B2 (en) * 2014-01-31 2017-09-12 The Regents Of The University Of California Method for passivating surfaces, functionalizing inert surfaces, layers and devices including same
JP2016092071A (ja) * 2014-10-30 2016-05-23 京セラ株式会社 太陽電池
JP7166586B2 (ja) 2015-06-25 2022-11-08 ロズウェル バイオテクノロジーズ，インコーポレイテッド 生体分子センサーおよび方法
US10126165B2 (en) * 2015-07-28 2018-11-13 Carrier Corporation Radiation sensors
CN105161562B (zh) * 2015-09-15 2017-04-19 华南理工大学 一种使用溶剂调控的PbS量子点异质结太阳电池及其制备方法
JP2017098393A (ja) * 2015-11-24 2017-06-01 ソニー株式会社 光電変換素子およびその製造方法、固体撮像素子、電子機器、並びに太陽電池
CN109071212A (zh) 2016-01-28 2018-12-21 罗斯韦尔生物技术股份有限公司 使用大规模分子电子传感器阵列测量分析物的方法和装置
CN109328301B (zh) 2016-01-28 2021-03-12 罗斯韦尔生物技术股份有限公司 大规模并行dna测序装置
KR20180104159A (ko) 2016-02-09 2018-09-19 로스웰 바이오테크놀로지스 인코포레이티드 전자 비표지 dna 및 게놈 시퀀싱
HUE053005T2 (hu) * 2016-02-11 2021-06-28 Flisom Ag Vékonyréteg optoelektronikai eszközök gyártása hozzáadott rubídiummal és/vagy céziummal
US10597767B2 (en) * 2016-02-22 2020-03-24 Roswell Biotechnologies, Inc. Nanoparticle fabrication
US10665803B2 (en) 2016-04-22 2020-05-26 The Trusteees Of Princeton University Solid-state organic intermediate-band photovoltaic devices
US9829456B1 (en) 2016-07-26 2017-11-28 Roswell Biotechnologies, Inc. Method of making a multi-electrode structure usable in molecular sensing devices
EP3568407A4 (en) 2017-01-10 2020-12-23 Roswell Biotechnologies, Inc DNA DATA STORAGE METHODS AND SYSTEMS
EP3571286A4 (en) 2017-01-19 2020-10-28 Roswell Biotechnologies, Inc SOLID STATE SEQUENCING DEVICES WITH TWO-DIMENSIONAL LAYER MATERIALS
CN110546276A (zh) 2017-04-25 2019-12-06 罗斯威尔生命技术公司 用于分子传感器的酶电路
US10508296B2 (en) 2017-04-25 2019-12-17 Roswell Biotechnologies, Inc. Enzymatic circuits for molecular sensors
EP4023764A3 (en) 2017-05-09 2022-09-21 Roswell Biotechnologies, Inc. Binding probe circuits for molecular sensors
CN107452822B (zh) * 2017-08-10 2019-03-22 滨州学院 一种涂有ZnSe/ZnS胶体量子点的太阳能电池及其制备方法
KR20200039795A (ko) 2017-08-30 2020-04-16 로스웰 바이오테크놀로지스 인코포레이티드 Dna 데이터 저장을 위한 진행성 효소 분자 전자 센서들
EP3694990A4 (en) 2017-10-10 2022-06-15 Roswell Biotechnologies, Inc. METHODS, APPARATUS AND SYSTEMS FOR NON-AMPLIFICATION DNA DATA STORAGE
JP2020072089A (ja) * 2018-10-30 2020-05-07 国立研究開発法人産業技術総合研究所 半導体粒子および電子デバイス
CN111384258B (zh) * 2018-12-28 2021-11-19 Tcl科技集团股份有限公司 量子点发光二极管及其制备方法
CN110364627A (zh) * 2019-07-16 2019-10-22 南方科技大学 量子点光电探测器以及制备方法
TW202135333A (zh) * 2020-02-13 2021-09-16 日商富士軟片股份有限公司 光檢測元件及影像感測器
CN114023886B (zh) * 2021-10-12 2024-02-02 苏州大学 一种硫化铅量子点/聚合物杂化太阳能电池及其制备方法
CN114300568B (zh) * 2021-10-22 2024-03-26 中国石油大学(华东) 一种具有室温超快红外响应的SnSe纳米棒阵列异质结器件及其制备方法
US11784805B2 (en) * 2022-03-07 2023-10-10 Raytheon Company Ultra high entropy material-based non-reversible spectral signature generation via quantum dots
CN115236866B (zh) * 2022-09-22 2022-12-06 上海南麟电子股份有限公司 基于电子掺杂量子点的单光子源及其制备方法

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101058483B1 (ko) 2002-03-29 2011-08-24 유니버셜 디스플레이 코포레이션 반도체 나노결정을 포함하는 발광 소자
US7049641B2 (en) * 2002-09-04 2006-05-23 Yale University Use of deep-level transitions in semiconductor devices
US20050126628A1 (en) * 2002-09-05 2005-06-16 Nanosys, Inc. Nanostructure and nanocomposite based compositions and photovoltaic devices
WO2005101530A1 (en) * 2004-04-19 2005-10-27 Edward Sargent Optically-regulated optical emission using colloidal quantum dot nanocrystals
US20070137693A1 (en) * 2005-12-16 2007-06-21 Forrest Stephen R Intermediate-band photosensitive device with quantum dots having tunneling barrier embedded in inorganic matrix
US7414294B2 (en) * 2005-12-16 2008-08-19 The Trustees Of Princeton University Intermediate-band photosensitive device with quantum dots having tunneling barrier embedded in organic matrix
US8884511B2 (en) * 2006-07-10 2014-11-11 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Luminescent materials having nanocrystals exhibiting multi-modal energy level distributions
US8815411B2 (en) * 2007-11-09 2014-08-26 The Regents Of The University Of Michigan Stable blue phosphorescent organic light emitting devices
WO2009142677A2 (en) * 2008-03-24 2009-11-26 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Quantum dot solar cell with quantum dot bandgap gradients
KR101995371B1 (ko) * 2008-04-03 2019-07-02 삼성 리서치 아메리카 인코포레이티드 양자점들을 포함하는 발광 소자
US8455606B2 (en) * 2008-08-07 2013-06-04 Merck Patent Gmbh Photoactive polymers
WO2010045606A1 (en) * 2008-10-17 2010-04-22 Bloominescence, Inc. Transparent polarized light-emitting device
US20100258181A1 (en) * 2009-03-19 2010-10-14 Michael Tischler High efficiency solar cell structures
JP2011066210A (ja) * 2009-09-17 2011-03-31 Toyota Motor Corp 太陽電池
EP2483925B1 (en) * 2009-09-29 2018-05-16 Research Triangle Institute Quantum dot-fullerene junction based photodetectors
JP2011086774A (ja) * 2009-10-15 2011-04-28 Toyota Motor Corp 太陽電池
US20120187373A1 (en) * 2011-01-24 2012-07-26 Brookhaven Science Associates, Llc Stepwise Surface Assembly of Quantum Dot-Fullerene Heterodimers
US9236572B2 (en) * 2011-02-17 2016-01-12 Vanderbilt University Enhancement of light emission quantum yield in treated broad spectrum nanocrystals
EP2500951A1 (en) * 2011-03-17 2012-09-19 Valoya Oy Plant illumination device and method
US9412905B2 (en) * 2011-04-01 2016-08-09 Najing Technology Corporation Limited White light emitting device
CN102280500B (zh) * 2011-09-26 2013-04-17 华中科技大学 基于异质结结构的硅量子点太阳能电池及其制备方法
US20130092221A1 (en) * 2011-10-14 2013-04-18 Universidad Politecnica De Madrid Intermediate band solar cell having solution-processed colloidal quantum dots and metal nanoparticles

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107611194A (zh) * 2017-09-19 2018-01-19 京东方科技集团股份有限公司 光电传感器、阵列基板、显示面板及显示装置

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