CN108140734B - 光伏装置 - Google Patents

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Abstract

一种光伏装置(10)包括在两电极(接触体1，接触体2)之间的光敏主体。所述主体包括被嵌入在一半导体矩阵(22)中的半导体粒子(24)。所述粒子和所述矩阵为电子耦合或光耦合，使得在所述粒子中产生的载流子被直接或间接地传输给所述矩阵。所述矩阵将正载流子传输至所述电极中的一个并将负载流子传输至另一个电极。所述粒子被配置为不形成至所述电极中的任意一个的载流子传输网，因此执行载流子的产生但不能执行载流子的传输的功能。

Description

光伏装置
技术领域
本发明涉及一种光伏装置。
背景技术
光伏装置利用光敏材料(支持光伏效应的典型的半导体材料)从光能例如从阳光或其他光子源产生电能。光伏效应使光敏材料中的受光子激发的电子进入更高的能量状态，允许它们充当用于电流的载流子。
已有的光伏装置以半导体结，在相同材料或不同材料的两个半导体的界面上分别形成的同质结或异质结，为根据。在这两种情况下，当处于平衡状态时，界面旨在通过两个半导体的导带和价带边缘以错开的配置对准形成所谓的Ⅱ型结。一种类型的载流子通过两半导体中的一个被传输到一个电极，而另一种类型的载流子通过另一个半导体被传输到另一个电极。在这种光伏装置中形成结的两个半导体材料除了需要拥有在整个太阳光谱中有良好的光吸收之外，还需要拥有良好的载流子传输特性，以及一些其他特性例如在环境条件和紫外辐射下的长寿命。此外，为了提高装置的转换效率，非常需要使不同材料在互补光谱区域的吸收范围分开，以使得在不同的波长处所吸收的光能最大化。然而，常常发现半导体不能擅长于所有的领域。例如，如果半导体材料呈现出良好的光吸收，那么它可能呈现出较差的传输特性(例如聚合物)。一种具体情况是例如以量子点为代表，其具有高效的载流子产生潜能但是需要使其成为渗透网格的一部分以促进载流子的传输，其由于量子点之间的不可避免的相互作用而呈现出固有的挑战。
因此，需要提供一种能够克服或减轻上述问题中的至少一些的光伏设备。
发明内容
本发明提供了一种光伏装置，包括：一第一电极；一第二电极；一光敏主体，其包括位于所述第一电极和所述第二电极之间的一第一半导体材料，所述第一半导体材料被配置为将正载流子传输至所述第一电极和所述第二电极中的一个并将负载流子传输至所述第一电极和所述第二电极中的另一个；以及被嵌入到所述第一半导体材料中的多个半导体材料粒子，所述粒子响应于所述光吸收产生正负载流子；其中，所述粒子被耦合至所述第一半导体材料以致使所述产生的正负载流子传输至所述第一半导体材料，或者导致对应于所述产生的正负载流子的正负载流子在所述第一半导体材料中产生。
有利地，所述粒子不在所述光敏主体中形成到所述第一电极和所述第二电极中的任一个的一载流子传输网。
在优选实施例中，所述粒子在空间上分布在所述第一半导体材料中使得所述粒子总体上不在所述光敏主体中形成到所述第一电极和所述第二电极中的任一个的一载流子传输网。
优选地，所述粒子在空间上分布在所述第一半导体材料中使得所述粒子总体上不在所述第一半导体材料中阻止载流子从所述第一半导体材料被传输至所述相应的电极。
在一些实施例中，所述粒子被电子耦合至所述第一半导体材料以允许所述正载流子和所述负载流子从所述相应的粒子直接传输至所述第一半导体材料。在这样的实施例中，所述粒子具有促进载流子从所述粒子传输至所述第一半导体材料的表面端，例如一氢端面。
在其他实施例中，所述粒子被光耦合至所述第一半导体材料，借以在使用中，通过在一相应的粒子中的正负载流子的再结合所产生的光子被传递至所述第一半导体材料并被所述第一半导体材料吸收以在所述第一半导体材料中产生载流子。在这样的实施例中，所述粒子具有阻止或至少阻碍所述正负载流子从所述相应的粒子直接传输至所述第一半导体材料的表面端，例如氧端面。
可选择地，所述粒子具有至少一个表面单层。所述粒子具有至少一个电绝缘表面单层。
在典型的实施例中，所述第一半导体和所述第二半导体被选择使得一I型异质结或I型同质结形成在所述粒子和所述第一半导体材料之间。
优选地，所述第一半导体和所述第二半导体被选择使得在所述粒子与所述第一半导体材料之间的所述界面处存在一嵌套或跨越的带隙对准，所述第一半导体的所述带隙优选地窄于且位于所述相应的粒子的所述带隙中。
在典型的实施例中，所述粒子为纳米粒子，例如量子点。
可选择地，一选择性接触层，例如一空穴传输层或一电子传输层，被设置在所述光敏层与所述第一电极和所述第二电极中的任意一个或二者之间。
本发明的优选实施例通过将第一半导体材料与第二半导体材料有利地接合为I型异质结结构来减轻至少一些上述问题，第一半导体优选具有相当良好载流子传输特性的材料，例如有机金属卤化物钙钛矿，第二半导体例如由量子点或其他粒子形成，其中，第一半导体材料包括一矩阵，所述第二半导体材料被嵌入其中。这样的布置允许载流子传输和载流子产生的去耦，借此所述半导体材料产生正负载流子，所述所产生的载流子传递(直接或间接地，这取决于所述第一半导体和所述第二半导体是电子耦合还是光耦合)至所述第一半导体材料，然后负责将所述载流子传输至所述电极的一个或另一个。
在优选实施例中，所述光伏装置包括为I型嵌套结构且呈光耦合模式或电子耦合模式的第一半导体和第二半导体。
典型地，所述第一半导体和所述第二半导体形成具有嵌套(或跨越)带对准的I型结，即其中一个半导体具有比另一个更宽的带隙且较窄的带隙被完全包含在所述更宽的带隙中的带对准。在优选实施例中，所述第一半导体(其用于提供所述矩阵)具有所述较窄的带隙，所述第二半导体(其被嵌入在所述矩阵中)具有所述更宽的带隙。
有利地，所述第二半导体材料为粒子，优选地包括半导体纳米粒子，例如量子限制半导体纳米粒子，或量子点。可选择地，所述纳米粒子或量子点为呈现出多种载流子产生或多激子产生的类型。
本领域的技术人员将从以下对优选实施例的描述且参考附图中了解明白本发明的进一步有利方面。
附图说明
本发明的实施例现通过示例的方式并结合附图来描述，在附图中相同的数字用来表示相同的部件，其中：
图1是体现本发明的光伏装置的示意图；
图2是体现本发明的替代的光伏装置的示意图；并且，该装置包括彼此电子耦合的第一半导体和第二半导体；以及
图3是体现本发明的另一个替代的光伏装置的示意图，该装置包括彼此光耦合的第一半导体和第二半导体。
具体实施方式
现在参考所示附图中的图1，体现本发明的光伏装置概括地用10所示。装置10包括第一电极12和第二电极14，光敏材料的主体20设置在第一电极12和第二电极14之间，通常包括一种或多种半导体材料。
在光伏装置10的工作期间，光子被光敏主体20吸收以产生电子空穴对(图1未示出)或激子形式的载流子。光敏材料中的内在电场将电子空穴对分离，使得电子通过电极12,14中的一个电极离开光敏材料，而空穴通过另一个电极12,14(取决于装置10的极性)离开光敏材料。这引起电流流过光伏装置10。装置10可以成为任意现有电路(未示出)的一部分，例如被连接到电力负载或其他类似装置，以便所产生的电流可以以任意需要的方式使用。
可选择地，每一个载流子选择性接触体16，18被设置在光敏主体20和相应的电极12，14之间以改善到相应的电极12，14的相应的载流子的提取或收集。对于电子被传输到的电极，载流子选择性接触体可以被称为电子传输层(ETL)，且可以例如包括一层二氧化钛(TiO2)。对于空穴被传输到的电极，载流子选择性接触体可以被称为空穴传输层(HTL)，且可以例如包括一层氧化钼、氧化镍或spiro-MeOTAD(2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴)。电极12，14通常含金属，例如包含如常见的金，铝，银或二氧化铟锡。
光敏主体20包括一块或一层第一半导体材料22，其中嵌入有第二半导体材料的粒子24。第一半导体材料22可以说为嵌入到其中的第二半导体材料24提供矩阵。
理想地，粒子24嵌入到矩阵中，使得它们彼此分离，即单独地被包埋半导体材料22包围。优选地，粒子24的空间分布是足够的(即在粒子24的至少一些和优选基本上全部粒子24之间有足够的间隔)以允许载流子从粒子24被传输到矩阵22和/或由粒子24再发射的光子被矩阵22吸收。粒子24的空间分布也使得粒子24总体上不能形成可以将载流子传输给任一电极12，14的电荷传输网，这可以通过粒子间的空间间隔和/或任意其他现有手段例如提供具有一个或多个电绝缘外层的粒子24实现。例如粒子24可以充分地间隔开和/或与所述或每个电极12，14充分远离，以便它们总体上不为所述或每个电极12，14提供载流子传输网，即粒子24不提供可以将载流子传输给电极12，14的路径。这意味着粒子24的至少一些彼此相距足够远以阻止或至少限制粒子24之间的电子或电荷耦合。然而可以理解的是，粒子24的一些可以彼此接触和/或足够接近以允许粒子24之间的电子耦合，并且这可以例如取决于用于装置10的制造工艺的性质。然而，在优选实施例中，粒子24被分配在矩阵22中，达到载流子不能通过粒子24总体上被传输到每一个电极12，14的程度，即粒子24不能形成能够将载流子传输给电极12，14中的任意一个的渗透的或其他电荷传输网。因此，两种类型的光生载流子(空穴和电子)通过包埋半导体22传输给电极12，14。这与空穴通过一个半导体传输且电子通过另一个半导体传输的现有的光伏装置形成对比。
在粒子24中光生载流子被直接或间接传输给包埋半导体22，因此它们根据本身的极性通过半导体22被传输给电极12，14中的一个和另一个。光生载流子的直接传输可以通过在粒子24和矩阵半导体22之间提供电子耦合实现，如下面参考图2进行的更详细的描述。光生载流子的间接传输可以通过在粒子24和矩阵半导体22之间提供光耦合实现，如下面参考图3进行的更详细的描述。
因此，可以说粒子24具有生成载流子的功能，而包埋半导体22提供将载流子传输给电极12，14的功能。然而，要注意的是包埋半导体材料22也可以响应于光吸收生成载流子，并且这些也可以通过半导体材料22被传输给相应的电极12，14。通常地，包埋矩阵22和粒子24取决于形成它们的半导体材料产生电磁谱的不同波段中的载流子。
在优选实施例中，包埋半导体22为钙钛矿，例如有机金属卤化物钙钛矿，尽管任意半导体可以被选择使用。优选使用具有相对良好载流子传输特性的半导体。也优选使用吸收在与粒子24吸收光子的光谱范围互补的光谱范围中的光子的半导体。这通过允许在跨越比使用单个半导体或具有一致或显著重叠吸收范围的半导体可能的更宽的光谱范围上吸收光子提高装置10的效率。
半导体粒子24优选为纳米粒子，例如量子点。在优选实施例中，粒子24由硅形成，虽然任意半导体可以被选择使用。
在上下文中，术语“纳米粒子”指的是具有至少一个在纳米范围内的尺寸的粒子，典型地尺寸在大约0.1nm至大约1000nm范围内，更典型地为1nm至100nm。在纳米粒子呈现出与量子限制相关的尺寸特性的情况下，纳米粒子的尺寸可以指的是纳米粒子的量子限制实际尺寸。
现在参考附图中的图2，体现本发明的光伏装置概括地用110所示，本领域的技术人员应清楚，其中相同数字用于表示相同的部件，且也适用关于图1的相同或相似的描述，除非另外表明。装置110包括电极112，114之间的光敏主体120，其中一可选的空穴传输层(HTL)116处于主体120和电极112之间，且一例如由二氧化钛形成的可选的电子传输层(ETL)118处于主体120和电极114之间。在该实施例中，电极112由金形成且电极114由铟锡氧化物(ITO)形成，但也可以选择使用其他金属。电极114被设置在(通常地)是玻璃的透明基板115上。假设在该实施例中，在使用时，光从下面如图2所示)入射到装置110，如箭头L所示。在该实施例中包埋半导体122为有机金属卤化物钙钛矿且被嵌入的粒子124为硅量子点。
在图2的示例中，粒子124与包埋半导体材料122电子耦合。所述电子耦合导致如载流子(图2所示的电子126和空穴128)从粒子124直接传输到包埋半导体122，如箭头DT和被传输的电子126’和空穴128’所示。电子耦合由选择用于矩阵122和粒子124的相应的半导体材料影响使得I型异质结产生在矩阵122和粒子124之间的界面处(这需要选择具有相应带隙的相应半导体材料，所述相应带隙对准产生所需要的I型异质结)。结果是在矩阵122和粒子124之间的界面处的嵌套或跨越的带隙对准，包埋半导体122的带隙BG1要窄于且位于相应的粒子124的带隙BG2中。在使用中，在形成粒子124的半导体材料的导带中的光生载流子126，128传输至包埋矩阵的围绕半导体材料122的导带(其由于嵌套带隙对准而具有更低能级)。被传输的载流子126’，128’在包埋半导体122分离并被包埋半导体122传输至第一电极112(正载流子或空穴的情况)或第二电极114(负载流子或电子的情况)。载流子126’，128’的分离和传输可以通过主体120中的内在电场实现。
在优选实施例中，粒子124具有氢促进的硅表面，除了其他事项外，其促进载流子传输至包埋材料122。
要注意的是在粒子124中光生载流子126，128不能同时传输至包埋半导体122，且载流子126，128中的一些在它们可以传输之前可能在粒子124中再结合。可以理解的是这种事件可以受选择为包埋材料122和粒子124中的一种或两者的材料的影响。优选地，选择具有相对较低载流子再结合率的材料用于粒子124。
现在参考附图中的图3，体现本发明的光伏装置概括地用210所示，本领域的技术人员应清楚，其中相同数字用于表示相同的部件，且也适用关于图1的相同或相似的描述，除非另外表明。装置210包括电极212，214之间的光敏主体220，其中可选的空穴传输层(HTL)216处于主体220和电极212之间，以及一例如由二氧化钛形成的可选的电子传输层(ETL)218处于主体220和电极214之间。在该实施例中，电极212由金形成且电极214由铟锡氧化物(ITO)形成，但也可以选择使用其他金属。电极214被设置在(通常地)是玻璃的透明基板215上。假设在该实施例中，在使用时，光从下面(如图3所示)入射到装置210，如箭头L所指示。在该实施例中包埋半导体222为有机金属卤化物钙钛矿且被嵌入的粒子224为硅量子点。
在图3的示例中，粒子224与包埋半导体材料222光耦合。光耦合导致载流子(如图3示的电子226和空穴228)从粒子224间接传输到包埋半导体222，如箭头IT(其表示光子的传递)以及电子226’和空穴228’所示。在使用中，在形成粒hu子224的半导体材料的导带中的光生电子226和空穴228对在相应的粒子224中再结合(由箭头标记R所示)以产生相应的光子230。光子230被传递给围绕包埋半导体222，因此它们被包埋半导体材料222吸收以产生相应的电子-空穴对226’，228’。这可以说是载流子的间接传输，因为在粒子224中产生的载流子226，228使得相应的载流子226’，228’通过间接或中间的光生和吸收机制在包埋半导体222中产生。
为了促进光耦合以及尤其粒子224中的电子-空穴对226，228的再结合，粒子224可以被加工成和/或被配置为促进再结合和/或抑制载流子226，228自粒子224离开的直接传输。这可以利用任意现有的手段实现。例如具有相对较高的再结合率的半导体材料可以被选择用于粒子224。可选地或另外地，粒子224的化学改性可以被执行，例如包括表面工程以产生或处理包围粒子224的化学单层，或产生包围粒子224的外壳(通常包括多个单层)，其使得粒子电绝缘且因此抑制载流子传输。化学改性可以包括改变化学特性以提高再结合的可能性。在优选实施例中，粒子224具有抑制载流子自粒子224离开的直接传输的氧基端，例如包围粒子224的氧化层。
虽然对于光耦合实施例不是必需的，优选地选择用于矩阵222和粒子224的相应的半导体材料，使得I型异质结产生在矩阵222和粒子224之间的界面处。这在矩阵222和粒子224之间的界面处产生了嵌套或跨越的带隙对准，包埋半导体222的带隙BG1要窄于且位于相应的粒子224的带隙BG2中。这促进了间接载流子传输过程。
间接传输的载流子226’，228’在包埋半导体222中分离并被包埋半导体222传输至第一电极212(正载流子或空穴的情况)或第二电极214(负载流子或电子的情况)。载流子226’，228’的分离和传输可以通过主体220中的内在电场实现。
作为示例，为了制造装置110，210，一大约100nm厚的铟锡氧化物(ITO)膜层被沉积在玻璃基板115，215上以提供电极114，214。可选的电子传输层(ETL)118，218可以通过在电极114，214上沉积大约100nm厚的TiO2薄层，并随后喷涂大约25-100纳米直径的TiO2纳米粒子而形成。接着，具有量子点的有机卤化物钙钛矿溶液可以被喷涂以形成大约300nm厚的光敏层。HTL 116，216可以被喷涂到或以任意现有的手段被沉积在光敏主体20上。然后大约100nm的图案化的金层被沉积以产生电极112，212。可以理解的是上述尺寸，厚度和材料仅作为示例的提供且不用于限制本发明，这对于技术人员是明显的。此外，可以根据需要使用任意其他便利的制造技术，包括例如用于任意一个或两半导体材料，传输层或电极的溶液处理工艺，共沉积，共喷涂或任意其他同时沉积工艺(例如等离子体蒸发，喷溅等)。
粒子124，224可以基本上均匀分布在包埋矩阵122，222中。可选地，粒子124，224可以以邻近电极(在所述实施例中的电极114，214)相对较高且沿着入射方向L减小的密度分布。无论如何，粒子124，224的(空间)分布应该是使得粒子124，224不会阻止载流子从包埋材料122，222被传输至电极112，212，114，214，即粒子124，224不会在包埋材料122，222中形成阻止载流子到达电极的阻碍。被嵌入的粒子的浓度和密度梯度的最优化可以取决于两种半导体材料的吸收系数及其互补吸收范围。被嵌入的粒子的密度也可以取决于制造方法，因为在某些情况下，由于需要保持被嵌入的材料的结构完整性，被嵌入的材料的浓度可能被限制。
粒子24，124，224的主要尺寸(通常最大)，例如直径，宽度或长度(这取决于料子的形状)处通常为1-50nm，优选1-5nm。在图2和图3的示例中，作为示例假设粒子124，224在其为量子点或其他规则形状的粒子的情况下的直径大约为2-3nm，或者可以包括同样尺寸但不同形状的纳米粒子，例如长度大约2-3nm的纳米线。
在典型的实施例中，粒子24，124，224被分布使得粒子间的间距为1-50nm，更典型地为5-50nm。粒子24，124，224通常构成光敏主体20，120，220小于50％的体积。
在电子耦合实施例中，例如图2的装置110，粒子124可以包括氢端硅量子点或其他纳米粒子，其在被沉积以形成光敏主体之前可以例如被提供在具有钙钛矿或其他半导体材料的溶液中。对于光耦合实施例，例如图3的装置220，氢端硅量子点(或其他纳米粒子)可以先经受等离子体液体表面工程处理以取代具有氧基端的氢端。另外，对于光耦合实施例，被嵌入的半导体材料应该优选地呈现出非常高的发射量子产率。
更一般地，对于电子耦合实施例，粒子可以具有促进正载流子和负载流子从粒子至包埋材料的传输的表面端，例如氢端表面。对于光耦合实施例，粒子可以具有阻止或至少阻碍正载流子和负载流子从相应的粒子直接传输至包埋半导体材料的表面端，例如氧端表面。
可以理解的是本发明的实施例可以使用除了这里所述之外的不同的半导体材料。优选地，半导体材料被选择为在粒子24，124，224和包埋材料22，122，222之间形成I型异质结。一般来说，包埋半导体材料应该优选地为具有相当良好的载流子传输特性且相当低的载流子再结合率的材料。被嵌入的材料应该优选地呈现出高效率的载流子产生。优选地，包埋材料和被嵌入的材料具有关于太阳光谱的互补吸收范围，例如使得包埋矩阵吸收除了粒子之外的不同光谱范围的光子。
如上所述，两种不同类型的载流子(电子和空穴)被传输至相应的电极12，112，212，14，114，214。这可以通过多种手段实现。最常见地，在装置10，110，210的主体20，120，220内在产生的电场(例如由于电极之间的电位差)导致电荷自动分离。可选地或另外地，半导体材料22，122，222可以用化学方法被配置为导致或激励不同载流子类型朝向一个电极或另一个电极，例如使得电子和空穴在包埋材料中空间地分离使得它们呈现出非常低的再结合可能性且因此提供到电极的良好传输。因此，在一些实施例中，包埋材料22，122，222中的载流子的分离和提高的传输由于的包埋材料的化学成分发生以作为载流子的优先定位的结果，即电子被优先分布并传输至给定位置，且空穴被优先分布并传输至其他位置(这可以被称作“分离传输”)。可选地或另外地，载流子的分离和提高的运输可以由于包埋材料22，122，222的减少载流子再结合率且有效分离载流子的间接带隙而发生。
在典型实施例中，包埋材料22，122，222具有相当低的载流子密度，其有助于产生相当高的内在电场。无论如何，在包埋材料中的载流子的密度应该足够低以允许在电极间产生穿过主体20，120，220的电场。
在一些实施例中，被嵌入的材料22，122，222可以包括具有不同外壳厚度的纳米粒子，例如从单层表面钝化至几到十几纳米的外壳。
可以理解的是在任意实施例中，包埋材料22，122，222通常也吸收来自照射的光子并有利于两种类型的载流子的产生。这样的载流子也被包埋材料自身产生并传输。有利地，包埋材料为吸收与制成粒子24，124，224的半导体材料不同(例如重叠，邻近或区别)的光谱范围内的光子的半导体。
如上所述，粒子24，124，224不会执行任意类型的载流子至电极中的任意一个的传输，且因此不需要形成用于将载流子传输至任意电极的渗透或其他载流子传输网。同样地，产生的电荷传输网的另外所需的物理要求，例如涉及粒子间隔和与电极的距离，不适用于粒子24，124，224。这意味着光敏主体20，120，220的一个或多个特性(例如被嵌入材料与包埋材料比，定位，间隔和/或被嵌入粒子的密度)可以以优化装置10，110，210的性能为目的被选择或处理而不必考虑其他要求。
在使用光耦合的实施例中，因为粒子24，124，224被嵌入到吸收由粒子24，124，224产生的光子的材料22，122，222中，光子围绕粒子24，124，224各向同性地被吸收。这与现有的降频转换器(其中由于光转换器在有源/吸收层之外使用，使得约一半的光子发射损失)相反。
可选择地，纳米粒子24，124，224，或量子点为呈现出多种载流子产生或多激子产生的类型。
在典型的实施例中，粒子和包埋材料由不同半导体材料形成，也可以使用相同的半导体。在由相同的半导体材料形成的包埋材料和粒子的实施例依然可以在它们的界面处形成I型结(即I型同质结而不是I型异质结)，因为在粒子被量子限制的情况下，量子限制可以导致包埋材料的带隙增长，使得量子限制纳米粒子将具有更宽的带隙在I型中与包埋材料的带隙对准。
本发明不局限于在此描述的实施例，而是可以在不脱离本发明的范围的情况下修改或更改。

Claims (21)

1.一种光伏装置，包括：
一第一电极；
一第二电极；
一光敏主体，其包括位于所述第一电极和所述第二电极之间的一第一半导体材料，
其特征在于，
所述第一半导体材料被配置为将正载流子传输至所述第一电极和所述第二电极中的一个并将负载流子传输至所述第一电极和所述第二电极中的另一个；以及
被嵌入到所述第一半导体材料中的多个半导体材料粒子，所述粒子响应于光吸收产生正负载流子；
其中，所述粒子被耦合至所述第一半导体材料以致使所产生的正负载流子从所述粒子传输至所述第一半导体材料，或者导致对应于所产生的正负载流子的正负载流子在所述第一半导体材料中产生，
且其中所述粒子在空间上分布在所述第一半导体材料中使得所述粒子总体上不在所述光敏主体中形成到所述第一电极和所述第二电极中的任一个的一载流子传输网。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述粒子在空间上分布在所述第一半导体材料中使得所述粒子总体上不在所述第一半导体材料中阻止载流子从所述第一半导体材料被传输至相应的电极。
3.如上述权利要求中的任意一项所述的装置，其特征在于，所述粒子被电子耦合至所述第一半导体材料以允许所述正载流子和所述负载流子从相应的粒子直接传输至所述第一半导体材料。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述粒子具有促进载流子从所述粒子传输至所述第一半导体材料的表面端。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述粒子的所述表面端为一氢端面。
6.如权利要求1至2中的任意一项所述的装置，其特征在于，所述粒子被光耦合至所述第一半导体材料，借以在使用中，通过在一相应的粒子中的正负载流子的再结合所产生的光子被传递至所述第一半导体材料并被所述第一半导体材料吸收以在所述第一半导体材料中产生载流子。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述粒子具有阻止或至少阻碍所述正负载流子从相应的粒子直接传输至所述第一半导体材料的表面端。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述粒子的所述表面端为一氧端面。
9.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述粒子具有至少一个表面单层。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述粒子具有至少一个电绝缘表面单层。
11.如上述权利要求1、2、4、5、7、8、10中的任意一项所述的装置，其特征在于，一I型异质结或I型同质结形成在所述粒子和所述第一半导体材料之间。
12.如上述权利要求1、2、4、5、7、8、10中的任意一项所述的装置，其特征在于，在所述粒子与所述第一半导体材料之间的一界面处存在一嵌套或跨越的带隙对准。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述第一半导体材料的所述带隙窄于且位于相应的粒子的所述带隙中。
14.如上述权利要求1、2、4、5、7、8、10、13中的任意一项所述的装置，其特征在于，所述粒子为纳米粒子。
15.如上述权利要求1、2、4、5、7、8、10、13中的任意一项所述的装置，其特征在于，所述粒子为量子点。
16.如上述权利要求1、2、4、5、7、8、10、13中的任意一项所述的装置，其特征在于，所述粒子由硅形成。
17.如上述权利要求1、2、4、5、7、8、10、13中的任意一项所述的装置，其特征在于，所述第一半导体材料为钙钛矿。
18.如上述权利要求17所述的装置，其特征在于，所述第一半导体材料为有机金属卤化物钙钛矿。
19.如上述权利要求1、2、4、5、7、8、10、13、18中的任意一项所述的装置，其特征在于，一选择性接触层被设置在所述光敏主体与所述第一电极和所述第二电极中的任意一个或二者之间。
20.如上述权利要求19所述的装置，其特征在于，所述选择性接触层为一空穴传输层或一电子传输层。
21.如上述权利要求1、2、4、5、7、8、10、13、18、20中的任意一项所述的装置，其特征在于，所述粒子由不同于所述第一半导体材料的一第二半导体材料形成。
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