光电转换装置制造方法

光电转换装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种光电转换装置，其包括：波长转换部(10)和光电转换部(20)，所述波长转换部(10)吸收周边光以生成电子和空穴，并使所生成的电子和空穴复合以生成单色光，所述光电转换部(20)具有p-n结或p-i-n结，吸收波长转换部(10)中生成的单色光以生成电子和空穴，并分离和移动通过吸收所述单色光而生成的电子和空穴。波长转换部(10)包括：生成电子和空穴的载流子生成部(11)；生成单色光的发光部(13)；和载流子选择性转移部(12)，其设置在载流子生成部(11)和发光部(13)之间并且将在载流子生成部(11)中生成的电子和空穴中的其间具有特定能量差的那些电子和空穴移动到发光部(13)。
【专利说明】光电转换装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及光电转换装置，更具体而言，涉及采用波长转换机构的光电转换装置。【背景技术】
[0002]期待把能够将太阳光能直接转换为电的太阳能电池用作下一代绿色能源。因为对安装太阳能电池的区域有一定的限制，因而必须提高光电转换效率以获得更多的电量。为此，目前的开发尝试以例如优化装置结构和制造工程以及在用作主材料的硅中获得更高品质水平为目标。
[0003]涉及此类太阳能电池的技术包括例如日本专利申请公开第2009-59915号(JP-2009-59915A)，其披露了涉及“热载流子型”太阳能电池的技术，为了减少用具有比构成光吸收层的半导体的能隙高的能量的光所生成的载流子(电子和空穴；下同)的能量损失，所述太阳能电池促进光吸收层中载流子之间的能量相互作用(转移)并提取具有高能量的电子。日本专利申请公开第2004-296658号(JP-2004-296658A)披露了涉及多结太阳能电池的技术，所述太阳能电池使用由AlInGaP材料形成的并且具有p_n结的太阳能电池作为顶电池以及使用与所述顶电池晶格匹配、由InGaAsN材料形成的并且具有p-n结的太阳能电池作为底电池，在所述多结太阳能电池中，在构成顶电池的Al InGaP材料的第111族元素中，铝的组成比在0.05至0.15的范围内。日本专利申请公开第2006-114815号(JP-2006-114815A)披露了一种太阳能电池，其具有p_i_n结构并且在作为光检测层的i层中包含表现出三维量子限域效应的量子点，其中所述量子点和围住它们的阻挡层具有II型能带结构。国际公开第2008/047427号(W02008/047427)披露了一种太阳能电池模块，其具有引入了多个单元的结构，所述多个单元具有前盖、后盖和在这些盖之间的封装在封装材料内的结晶硅电池，其中前盖和结晶硅电池之间的封装材料包含由乙烯-醋酸乙烯酯共聚物构成的荧光树脂组合物，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物包含0.01至10重量％的在550至900nm的波长范围内发突光的有机稀土金属络合物。此外,Solar Energy Materialsand Solar Cells (荷兰)，第91卷，第9期，829-842 (2007)披露了涉及“上转换型”太阳能电池的技术，所述太阳能电池通过将长波长光转换为适合于构成光吸收层的半导体的能隙的波长来减少所述长波长光的光传输损失，所述长波长光具有比构成光吸收层的半导体的能隙低的能量。
[0004]为了在热载流子太阳能电池中获得高的光电转换效率，需要促进载流子之间的能量相互作用(转移)并允许载流子在保持高能量的同时从吸收层向电极移动。因此，认为热载流子具有至少一纳秒的寿命是必要的。然而，在目前的半导体材料中，热载流子的寿命局限于数皮秒到数百皮秒的范围。因此，即便使用JP-2009-59915A中所披露的技术，光电转换效率提高效应也往往不够。在JP-2004-296658A中所披露的多结型太阳能电池中，因为太阳光中包含的宽波长范围的光可被吸收，因而推测其应该也可以提高光电转换效率。然而，在多结型太阳能电池中，具有高缺陷密度的半导体界面的数目因结的数目的增加而增加，所述缺陷将湮灭载流子并导致光电转换效率下降。另外，由于需要使用许多昂贵的II1-V化合物材料以及生产工序数目的增加，因而成本往往也增加。在SolarEnergy Materials and Solar Cells (荷兰)，第 91 卷,第 9 期,829-842 (2007)中所披露的上转换太阳能电池以及通过将高能量、短波长的光转换为适合于构成光吸收层的半导体的能隙的波长光的下转换太阳能电池中，许多情况下使用采用稀土元素的荧光材料如W02008/047427中所披露的那些。然而，因为可被采用稀土元素的常规荧光材料吸收的光的波长范围窄并且波长转换过程中的能量损失大，因而常规的下转换太阳能电池和上转换太阳能电池的光电转换效率提高效应往往不够。也就是说，即便通过结合JP-2009-59915A、JP-2004-296658A、JP-2006-114815A、W02008/047427 和 Solar Energy Materials andSolar Cells (荷兰)，第91卷，第9期，829-842 (2007)中披露的各种技术的教导，也难以提高光电转换效率。

【发明内容】

[0005]本发明提供了 一种光电转换装置，使用该光电转换装置可以提高光电转换效率。
[0006]本发明的第一方面为一种光电转换装置，所述光电转换装置具有:波长转换部，其吸收周边光以生成电子和空穴，并使所生成的电子和空穴复合以生成单色光；和光电转换部，其具有P_n结或p-1-n结，吸收波长转换部中生成的单色光以生成电子和空穴，并分离和移动通过吸收所述单色光而生成的电子和空穴。波长转换部包括生成电子和空穴的载流子生成部、生成单色光的发光部以及载流子选择性转移部，所述载流子选择性转移部设置在载流子生成部和发光部之间并且将在载流子生成部中生成的电子和空穴中的其间具有特定能量差的电子和空穴移动到发光部。
[0007]在本发明的第一方面中以及在随后描述的本发明其它方面(下文简单地统称为“本发明”)中，波长转换部具有使用热载流子机制、提高从太阳光生成单色光的效率并使得其可以随意调节光波长的功能。在本发明中，术语“周边光”指从周围或环境落在光电转换装置上的光并因此为例如多色光如太阳光。此外，在本发明中，“光电转换装置”为不仅包括太阳能电池而且还包括光检测器等的概念。在随后的本发明描述中，多色光也被简单地称为“光”。
[0008]波长转换部可在周边光的行进方向上设置在光电转换部的上游侧上。在本发明中，“周边光的行进方向上的上游侧”指在其中周边光(多色光)行进的方向上的上游侧。也就是说，“波长转换部在周边光的行进方向上设置在光电转换部的上游侧上”意味着波长转换部和光电转换部布置为使得周边光(多色光)可以在到达光电转换部之前进入波长转换部并且使得在波长转换部中生成的单色光可以被吸收在光电转换部中。更具体地讲，这意味着波长转换部在其中周边光(多色光)行进的方向上位于上游侧上，而光电转换部在其中周边光(多色光)行进的方向上位于波长转换部的下游侧上。根据如此构造的光电转换装置，通过在周边光的行进方向上位于光电转换部的上游侧上的波长转换部中的周边光吸收，生成电子和空穴(下文有时统称为“载流子”)，并且通过载流子在发光部中的复合而生成的单色光被输入到光电转换部。
[0009]例如，通过采用利用热载流子机制在波长转换部中生成单色光的构造，可以减少移动到发光部的载流子的能量损失。另外，通过控制载流子生成部的尺寸和厚度(例如，在其中载流子生成部为球形或圆柱形的情况下，将直径设定为20nm以下；在其中载流子生成部呈膜的形状的情况下，将膜厚设定为20nm以下)，载流子生成部中生成的载流子的移动长度可得以减小，并且可以减少移动到发光部的载流子的能量损失。在本发明中，波长转换部的一个目的在于允许载流子在发光部复合；其无意于将生成的载流子直接提取到外部。因此，和在使用量子结构的常规热载流子太阳能电池中不同，无需使载流子一直移动到电极，因此可以显著减少载流子移动过程中的能量损失。另外，通过采用在波长转换部中使用半导体材料的构造，与使用荧光材料的常规下转换太阳能电池相比，可用来生成载流子的光的波长范围可大大扩展。另外，通过调节载流子选择性转移部或发光部中使用的半导体材料的组成和形状，可以比在使用发射波长有限的荧光材料的常规下转换太阳能电池中更自由地调整发光部中生成的单色光的波长。另外，通过向光电转换部输入单色光，输入到光电转换部的单色光的能量是固定的。因此，通过在光电转换部中使用具有与输入到光电转换部的单色光的能量相对应的能隙(具体而言，与单色光的能量相同或比单色光的能量小约0.1eV的能隙；下同)的半导体材料，可以减少能量损失。因此，可提供一种光电转换装置，使用该光电转换装置可以提高光电转换效率。另外，通过提高将周边光转换为单色光的波长转换部的效率，易于提高光电转换效率。
[0010]在本发明的上述第一方面中，波长转换部可在周边光的行进方向上设置在光电转换部的下游侧上，并且波长转换部还可包括光反射部，所述光反射部将单色光反射向光电转换部侧。
[0011]这里，在本发明中，“周边光的行进方向上的下游侧”指在周边光(多色光)行进的方向上的下游侧。也就是说，“波长转换部在周边光的行进方向上设置在光电转换部的下游侧上”意味着波长转换部和光电转换部布置为使得周边光可以进入光电转换部、使已通过光电转换部的光可以进入波长转换部并且使在波长转换部中利用进入其中的光生成的单色光可以进入光电转换部。更具体地讲，这意味着光电转换部在进入光电转换部的周边光的行进方向上位于上游侧上，而波长转换部在周边光的行进方向上位于光电转换部的下游侧上。
[0012]采用前述构造的光电转换装置，利用已通过在周边光的行进方向上位于波长转换部的上游侧上的光电转换部的光生成的电子和空穴在发光部中复合。也就是说，具有比光电转换部中包含的半导体材料的能隙高的能量的光被光电转换部吸收并转换为电，而未在光电转换部中转换为电的光进入波长转换部。在波长转换部中，使用例如半导体材料，通过吸收具有比该半导体材料的能隙(构成波长转换部的半导体材料的能隙<构成光电转换部的半导体材料的能隙)高的能量的光，生成载流子。通过使用例如热载流子机制使如此生成的电子相互作用以及如此生成的空穴相互作用，生成具有比构成光电转换部的半导体材料的能隙高的能量的单色光。该单色光进入光电转换部中并被光电转换部吸收，然后从光电转换部提取电。通过采用这样的构造，可以减少载流子生成部中生成的载流子的能量损失。另外，通过控制载流子生成部的尺寸和厚度(例如，在其中载流子生成部为球形或圆柱形的情况下，将直径设定为20nm以下；在其中载流子生成部呈膜的形状的情况下，将膜厚设定为20nm以下)，载流子生成部中生成的载流子的移动长度可得以减小，并且可以减少移动到发光部的载流子的能量损失。波长转换部的一个目的在于允许电子和空穴在发光部中复合；其无意于将生成的电子和空穴直接提取到外部。因此，和在使用量子结构的常规热载流子太阳能电池中不同，无需使载流子一直移动到电极，使得可以显著减少载流子移动过程中的能量损失。另外，通过采用在波长转换部中使用半导体材料的构造，与使用荧光材料的常规上转换太阳能电池相比，可用来生成载流子的光的波长范围可大大扩展。另外，通过调节用于载流子选择性转移部或发光部的半导体材料的组成和形状，可以比在利用发射波长有限的荧光材料的常规上转换太阳能电池中更自由地调整发光部中生成的单色光的波长。另外，通过对光电转换部使用具有与输入到光电转换部的单色光的能量相对应的能隙的半导体材料，可以减少能量损失。因此，可提供一种光电转换装置，使用该光电转换装置可以提高光电转换效率。另外，通过提高将周边光转换为单色光的波长转换部的效率，易于提闻光电转换效率。
[0013]在本发明的第一实施方案中，波长转换部可设置在光电转换部内。
[0014]根据以此方式构造的光电转换装置，在设置于光电转换部内的波长转换部中，利用已通过光电转换部的光来生成电子和空穴。通过然后允许这些电子和空穴在波长转换部内的发光部中复合，生成了具有比构成光电转换部的半导体材料的能隙大的能量的单色光。该单色光进入光电转换部并被光电转换部吸收，从而产生电的输出。采用这样的构造，可以获得与上述的其中波长转换部在周边光的行进方向上设置在光电转换部的下游侧上的构造的那些相似的效果。因此，可提供一种光电转换装置，使用该光电转换装置可以提高光电转换效率。此外，通过提高将周边光转换为单色光的波长转换部的效率，易于提高光电转换效率。
[0015]在本发明的第一方面中，波长转换部中可包含波长转换颗粒，所述波长转换颗粒同心地从中心侧向外依次具有:载流子生成部、载流子选择性转移部和发光部。当波长转换部中包含这样的波长转换颗粒时也可获得本发明的第一方面中的上述效果。
[0016]在其中波长转换部中包含波长转换颗粒的本发明第一方面中，波长转换颗粒可被分散并保持在波长转换部中包含的透明材料中。所述透明材料可为电绝缘材料和/或半导体材料，所述半导体材料具有比构成波长转换颗粒的载流子生成部的材料大的能隙。当波长转换颗粒被分散并保持在所述透明材料内时，使得易于长时间保持本发明的第一方面中的上述效果。
[0017]在本发明的第一方面中，波长转换部可包含波长转换纤维，所述波长转换纤维同心地从中心侧向外依次具有:载流子生成部、载流子选择性转移部和发光部。当波长转换部中包含这样的波长转换纤维时也可获得本发明的第一方面中的上述效果。
[0018]在本发明中，“波长转换纤维”指呈在一个方向(轴向)上延伸的线性形式如碳纳米管而非球形如波长转换颗粒的物质。
[0019]在其中波长转换部中包含波长转换纤维的本发明第一方面中，波长转换纤维可被分散并保持在波长转换部中包含的透明材料中。所述透明材料可为电绝缘材料和/或半导体材料，所述半导体材料具有比构成波长转换纤维的载流子生成部的材料大的能隙。当波长转换纤维被分散并保持在所述透明材料内时，使得易于长时间保持本发明的第一方面中的上述效果。
[0020]在本发明的第一方面中，波长转换部可包含波长转换膜，所述波长转换膜具有载流子生成部、载流子选择性转移部和发光部，所述载流子生成部、载流子选择性转移部和发光部层叠为使得载流子选择性转移部设置在载流子生成部和发光部之间。当波长转换部中包含这样的波长转换膜时也可获得本发明的第一方面中的上述效果。[0021]在本发明的第一方面中，p-n结可具有其中P-型材料和n-型材料三维接合的位点。当P-n结包含其中P-型材料(用作P-型半导体的材料；下同)和n-型材料(用作n-型半导体的材料；下同)三维接合的位点时也可获得本发明的第一方面中的上述效果。具有其中P-型材料和n-型材料三维接合的位点的p-n结的一个实例为具有所谓的本体异质结构的p-n结。
[0022]在本发明的第一方面中，假定Egl、Ecl和Evl分别为构成载流子生成部的材料的能隙、导带底和价带顶；Eg2、Ec2和Ev2分别为构成发光部的材料的能隙、导带底和价带顶；并且Eg3、Ec3和Ev3分别为构成载流子选择性转移部的材料的能隙、导带中最低离散能级的能量和价带中最低离散能级的能量，所述构成载流子选择性转移部的材料呈其中所述材料被引入波长转换部内的形状，则可以满足如下关系:Egl <Eg2≤Eg3 ；Ecl <Ec2^Ec3 ；和Ev3 ( Ev2 ( Evl。以这种构造(I型)也可获得本发明的第一方面中的上述效果。
[0023]在本发明中，“导带中的最低离散能级”指导带中形成的离散能级(量子能级)中具有最低能量的离散能级(量子能级)。也就是说，在绘制为使得图的上部区域表示电子的较高能量而图的下部区域表示空穴的较高能量的能带图的情况下，位于导带的底部的离散能级(量子能级)为导带中的最低离散能级。此外，载流子选择性转移部的能隙指导带中的最低离散能级与价带中的最低离散能级之间的能量差。对于构成载流子生成部的材料或对于发光部，取决于其尺寸，导带或价带的能级有时也是离散的。在上面的描述中，“导带的底部边缘”指导带中的最低离散能级，“价带的顶部边缘”指价带中的最低离散能级，而“能隙”指导带中的最低离散能级与价带中的最低离散能级之间的能量差。在本发明中，“价带中的最低离散能级”指价带中形成的所有离散能级(量子能级)中具有最低能量的离散能级(量子能级)。也就是说，在绘制为使得图的上部区域表示电子的较高能量而图的下部区域表示空穴的较高能量的能带图的情况下，位于价带的顶部处的离散能级(量子能级)为价带中的最低离散能级。 另外，在本发明中，“构成载流子选择性转移部的材料的能隙”指构成载流子选择性转移部的材料中具有最小能隙的材料的能隙。在本发明中，“Ev3 ( Ev2 ( EvI"表示，在绘制为使得图的上部区域表示电子的较高能量而图的下部区域表示空穴的较高能量的能带图的情况下，Ev3具有与Ev2相同的高度或位置比Ev2低，并且Ev2具有与Evl相同的高度或位置比Evl低。
[0024]在本发明的上述第一方面中，假定Eg4、Ec4和Ev4分别为构成载流子生成部的材料的能隙、导带底和价带顶；Eg5、Ec5和Ev5分别为构成发光部的材料的能隙、导带底和价带顶；并且Eg6、Ec6和Ev6分别为构成载流子选择性转移部的材料的能隙、导带中最低离散能级的能量和价带中最低离散能级的能量，所述构成载流子选择性转移部的材料呈其中所述材料被引入波长转换部内的形状，则可以满足如下关系:Eg4 < Eg5 ( Eg6 ；Ec4<Ec5≤Ec6 ;和Ev4≤Ev6≤Ev5。以这种构造(II型)也可获得本发明的第一方面中的上述效果。在本发明中，“Ev4 ( Ev6 ( Ev5”意味着，在绘制为使得图的上部区域表示电子的较高能量而图的下部区域表示空穴的较高能量的能带图的情况下，Ev4具有与Ev6相同的高度或位置比Ev6低，并且Ev6具有与Ev5相同的高度或位置比Ev5低。
[0025]在本发明的第一方面中，发光部的表面可覆盖有绝缘体或具有比构成载流子生成部的材料大的能隙的半导体材料。采用这样的构造，可以减少发光部的表面处可能存在的缺陷，并因此可以减少被此类缺陷所俘获并因此不复合的载流子，使得易于提高光电转换效率。
[0026]在本发明的第一方面中，发光部可包括一对第一半导体部以及第二半导体部，所述一对第一半导体部由第一半导体构成，所述第二半导体部设置在所述一对第一半导体部之间，并且由具有比所述第一半导体小的能隙的第二半导体构成。采用这样的构造，载流子复合在第二半导体部中更易于发生，使得易于提高光电转换效率。
[0027]在本发明的第一方面中，载流子选择性转移部可包括一对宽带隙半导体部和窄带隙半导体部，所述一对宽带隙半导体部由宽带隙半导体构成，所述窄带隙半导体部设置在所述一对宽带隙半导体部之间，并且由具有比所述宽带隙半导体小的能隙的窄带隙半导体构成。采用这样的构造，更易于获得本发明的第一方面中的上述效果。
[0028]根据第二方面，本发明提供了一种光电转换装置，所述光电转换装置具有:波长转换部，其吸收周边光以生成电子和空穴，并使所生成的电子和空穴复合以生成单色光；和光电转换部，其具有P-n结或p-1-n结，吸收波长转换部中生成的单色光以生成电子和空穴，并分离和移动通过吸收所述单色光而生成的电子和空穴。波长转换部包括载流子生成部、发光部和外侧材料部，所述载流子生成部生成电子和空穴，所述发光部将在载流子生成部中生成的电子和空穴中的其间具有特定能量差的电子和空穴移动到发光部自身，并通过使移动到发光部自身的电子和空穴复合来生成单色光，所述外侧材料部设置在发光部的外侧并且由具有比构成发光部的材料大的能隙的材料构成。
[0029]波长转换部可在光的行进方向上设置在光转换部的上游侧上。采用以此方式构造的光电转换装置，通过在周边光的行进方向上设置在光转换部的上游侧上的波长转换部处进入和吸收周边光，生成载流子，并且通过所生成的载流子在发光部中的复合而生成的单色光可被输入到光电转换部。
[0030]例如，通过采用利用热载流子机制在发光部中生成单色光的构造，可以减少移动到发光部的载流子的能量损失。另外，通过控制载流子生成部的尺寸和厚度(例如，在其中载流子生成部为球形或圆柱形的情况下，将直径设定为20nm以下；在其中载流子生成部呈膜的形状的情况下，将膜厚设定为20nm以下)，载流子生成部中生成的载流子的移动长度可得以减小，并可以减少移动到发光部的载流子的能量损失。在本发明中，波长转换部的一个目的在于允许载流子在发光部复合；其无意于将生成的载流子直接提取到外部。因此，和在使用量子结构的常规热载流子太阳能电池中不同，无需使载流子一直移动到电极，使得可以显著减少载流子移动过程中的能量损失。另外，通过采用在波长转换部中使用半导体材料的构造，与使用荧光材料的常规下转换太阳能电池相比，可用来生成载流子的光的波长范围可大大扩展。另外，通过调节发光部中使用的半导体材料的组成和形状，可以比在使用发射波长有限的荧光材料的常规下转换太阳能电池中更自由地调整发光部中生成的单色光的波长。另外，通过向光电转换部输入单色光，输入到光电转换部的单色光的能量是固定的。因此，通过在光电转换部中使用具有与输入到光电转换部的单色光的能量相对应的能隙的半导体材料，可以减少能量损失。因此，采用本发明的第二方面，可以提供一种光电转换装置，使用该光电转换装置可以提高光电转换效率。另外，通过提高将周边光转换为单色光的波长转换部的效率，易于提高光电转换效率。
[0031]在本发明中，“具有比构成发光部的材料大的能隙的材料”不仅包括半导体材料，而且还包括电绝缘材料。[0032]在本发明的第二方面中，波长转换部可在周边光的行进方向上设置在光转换部的下游侧上，并且波长转换部还可包括光反射部，所述光反射部将单色光反射向光电转换部侧。
[0033]采用前述构造的光电转换装置，利用已通过在周边光的行进方向上位于波长转换部的上游侧上的光电转换部的光所生成的电子和空穴在发光部中复合。也就是说，具有比光电转换部中包含的半导体材料的能隙大的能量的光将被光电转换部吸收并转换为电；在光电转换部中未转换为电的光进入波长转换部。在波长转换部中，使用例如半导体材料，通过吸收具有比该半导体材料的能隙(构成波长转换部的半导体材料的能隙<构成光电转换部的半导体材料的能隙)大的能量的光，生成载流子。通过利用例如热载流子机制使如此生成的电子相互作用以及如此生成的空穴相互作用，生成了具有比构成光电转换部的半导体材料的能隙大的能量的单色光。该单色光进入光电转换部并被光电转换部吸收，然后从光电转换部提取电。通过采用这样的构造，可以减少载流子生成部中生成的载流子的能量损失。另外，通过控制载流子生成部的尺寸和厚度(例如，在其中载流子生成部为球形或圆柱形的情况下，将直径设定为20nm以下；在其中载流子生成部呈膜的形状的情况下，将膜厚设定为20nm以下)，载流子生成部中生成的载流子的移动长度可得以减小，并可以减少移动到发光部的载流子的能量损失。波长转换部的一个目的在于允许电子和空穴在发光部复合；其无意于将生成的电子和空穴直接提取到外部。因此，和在使用量子结构的常规热载流子太阳能电池中不同，无需使载流子一直移动到电极，因此可以显著减少载流子移动过程中的能量损失。另外，通过采用在波长转换部中使用半导体材料的构造，与使用荧光材料的常规上转换太阳能电池相比，可用来生成载流子的光的波长范围可大大扩展。另外，通过调节发光部中使用的半导体材料的组成和形状，可以比在使用发射波长有限的荧光材料的常规上转换太阳能电池中更自由地调整发光部中生成的单色光的波长。另外，通过对光电转换部使用具有与输入到光电转换部的单色光的能量相对应的能隙的半导体材料，可以减少能量损失。因此，可提供一种光电转换装置，使用该光电转换装置可以提高光电转换效率。另外，通过提高将周边光转换为单色光的波长转换部的效率，易于提高光电转换效率。
[0034]在本发明的第二方面中，波长转换部可设置在光电转换部内。
[0035]根据以此方式构造的光电转换装置，在设置于光电转换部内的波长转换部中，利用已通过光电转换部的光来生成电子和空穴。通过然后允许这些电子和空穴在波长转换部内的发光部中复合，生成了具有比构成光电转换部的半导体材料的能隙大的能量的单色光。该单色光进入光电转换部并被光电转换部吸收，从而产生电的输出。采用这样的构造，可以获得与其中波长转换部在周边光的行进方向上设置在光电转换部的下游侧上的上述构造的那些相似的效果。因此，可提供一种光电转换装置，使用该光电转换装置可以提高光电转换效率。此外，通过提高将周边光转换为单色光的波长转换部的效率，易于提高光电转换效率。
[0036]在本发明的第二方面中，波长转换部中可包含波长转换颗粒，所述波长转换颗粒同心地从中心侧向外依次具有:载流子生成部、发光部和外侧材料部。当波长转换部中包含这样的波长转换颗粒时也可获得本发明的第二方面中的上述效果。
[0037]在其中波长转换部中包含波长转换颗粒的本发明第二方面中，波长转换颗粒可被分散并保持在波长转换部中包含的透明材料中。所述透明材料可为电绝缘材料和/或半导体材料，所述半导体材料具有比构成波长转换颗粒的载流子生成部的材料大的能隙。当波长转换颗粒被分散并保持在所述透明材料内时，使得易于长时间保持本发明的第二方面中的上述效果。
[0038]在本发明的第二方面中，波长转换部可包含波长转换纤维，所述波长转换纤维同心地从中心侧向外依次具有:载流子生成部、发光部和外侧材料部。当波长转换部中包含这样的波长转换纤维时也可获得本发明的第二方面中的上述效果。
[0039]在其中波长转换部中包含波长转换纤维的本发明第二方面中，波长转换纤维可被分散并保持在波长转换部中包含的透明材料中。所述透明材料可为电绝缘材料和/或半导体材料，所述半导体材料具有比构成波长转换纤维的载流子生成部的材料大的能隙。当波长转换纤维被分散并保持在所述透明材料内时，使得易于长时间保持本发明的第二方面中的上述效果。
[0040]在本发明的第二方面中，波长转换部可包含波长转换膜，所述波长转换膜具有载流子生成部、发光部和外侧材料部，所述载流子生成部、发光部和外侧材料部层叠为使得发光部设置在载流子生成部和外侧材料部之间。当波长转换部中包含这样的波长转换膜时也可获得本发明的第二方面中的上述效果。
[0041]在本发明的上述第二方面中，p-n结可具有其中P-型材料和η-型材料三维接合的位点。当p-n结包含其中p-型材料和η-型材料三维接合的位点时也可获得本发明的第二方面中的上述效果。具有其中P-型材料和η-型材料三维接合的位点的p-n结的一个实例为具有所谓的本体异质结构的P-n结。
[0042]在本发明的上述第二方面中，假定Eg7、Ec7和Ev7分别为构成载流子生成部的材料的能隙、导带底和价带顶；Eg8、EcS和EvS分别为构成发光部的材料的能隙、导带中最低离散能级的能量和价带中最低离散能级的能量，所述构成发光部的材料呈其中所述材料被引入波长转换部内的形状；并且Eg9、Ec9和Ev9分别为构成外侧材料部的材料的能隙、导带底和价带顶，则可以满足如下关系:Eg7 < Eg8 < Eg9 ；Ec7 < Ec8 < Ec9 ;和Ev9 < Ev8<Ev7。采用这种构造，易于获得本发明的第二方面中的上述效果。在本发明中，‘?ν9<Εν8<Ev7”意味着，在绘制为使得图的上部区域表示电子的较高能量而图的下部区域表示空穴的较高能量的能带图的情况下，Ev9位置比EvS低，并且EvS位置比Ev7低。
[0043]在本发明的第二方面中，发光部可包括一对宽带隙半导体部以及窄带隙半导体部，所述一对宽带隙半导体部由宽带隙半导体构成，所述窄带隙半导体部设置在所述一对宽带隙半导体部之间，并且由具有比所述宽带隙半导体小的能隙的窄带隙半导体构成。采用这样的构造，易于获得本发明的第二方面中的上述效果。
[0044]根据本发明，可以提供一种光电转换装置，使用该光电转换装置可以提高光电转换效率。
【专利附图】

【附图说明】
[0045]本发明的示例性实施方案的特征、优点以及技术和工业重要性将在下文结合附图描述，在附图中，相同的附图标记表示相同的要素，且其中:
[0046]图1A为根据本发明的第一实施方案的太阳能电池的截面图；
[0047]图1B为示出图1A中的太阳能电池的能带结构的图；[0048]图2A为根据本发明的第二实施方案的太阳能电池的截面图；
[0049]图2B为示出图2B中的太阳能电池的能带结构的图；
[0050]图3为根据本发明的第三实施方案的太阳能电池的截面图；
[0051]图4为可用于上述实施方案中的波长转换部的截面图；
[0052]图5A为可用于上述实施方案中的波长转换部的截面图；
[0053]图5B为图5A中示出的波长转换部中的波长转换纤维的截面图；
[0054]图6为可用于根据本发明的第四实施方案的太阳能电池中的波长转换部的截面图；
[0055]图7为根据本发明的第四实施方案的太阳能电池的截面图；
[0056]图8A为根据本发明的第五实施方案的太阳能电池的截面图；
[0057]图SB为根据本发明的第六实施方案的太阳能电池的截面图；
[0058]图9为示出根据本发明上述实施方案的太阳能电池的波长转换材料的能带结构的图；
[0059]图10为示出根据本发明上述实施方案的太阳能电池的波长转换材料的能带结构的图；
[0060]图11为波长转换部的一个变型的截面图；
[0061]图12A为波长转换部的另一变型的截面图；
[0062]图12B为示出图12A中所示波长转换部的能带结构的图；
[0063]图13A为波长转换颗粒的一个变型的截面图；和
[0064]图13B为示出图13A中所示波长转换颗粒的能带结构的图。
【具体实施方式】
[0065]下面结合附图描述用作本发明的实施方案的太阳能电池。提供下面的实施方案以示意本发明，并且本发明不限于这些实施方案。应指出，图中略去了一些附图标记。
[0066]图1A为示出了根据本发明的第一实施方案的太阳能电池100的截面图，而图1B为示意太阳能电池100的能带结构的图。在图1A中，略去了对载流子生成部11、载流子选择性转移部12和发光部13的描述。在图1B中，图的上部区域表示电子的较高能量，而图的下部区域表示空穴的较低能量。另外，在图1B中，实心圆(?)代表电子，空心圆(〇)代表空穴。在图1B中，El为波长转换部10中包含的半导体材料的能隙，E2为波长转换部10中生成的单色光的能量，E3为光电转换部20中包含的半导体材料的能隙。在图1A和IB中，太阳光从图中左侧向右侧行进。
[0067]如图1A和IB中所示，太阳能电池100具有包含半导体材料的波长转换部10和包含半导体材料的光电转换部20。波长转换部10在太阳光的行进方向上设置在光电转换部20的上游侧上。太阳能电池100为下转换太阳能电池。波长转换部10具有由具有能隙El的半导体材料构成的载流子生成部11、由具有能隙E2的半导体材料构成的发光部13和将具有能量差E2的电子和空穴选择性地转移到发光部13的载流子选择性转移部12。发光部13具有通过具有能量差E2的电子和空穴的复合而生成具有能量E2的单色光的功能。光电转换部20包含具有能隙E3的半导体材料。光电转换部20具有由能隙为E3的n_型半导体构成的n层21和由能隙为E3的P-型半导体构成的p层22 ;接合n层21与p层22使得形成P-n结23。表面电极24连接到η层21，背电极25连接到ρ层22。
[0068]落在太阳能电池100上的太阳光进入波长转换部10。太阳光中包含具有不同能量的光。当太阳光进入载流子生成部11时，仅具有能量El或具有大于能量El的能量的光被载流子生成部11吸收。当光被如此吸收时，具有不同能量的电子从价带被激发到导带，并在价带中形成具有不同能量的空穴。也就是说，当光进入载流子生成部11时，在构成载流子生成部11的半导体材料的导带中形成如图1B中所示的电子能量分布，并且在所述半导体材料的价带中形成如图1B中所示的空穴能量分布。
[0069]如图1B中所示，载流子选择性转移部12为这样的区域，其连接载流子生成部11与发光部13并且具有将载流子生成部11中生成的具有不同能量的电子和空穴中仅产生能量差Ε2的那些具有特定能量的电子和那些具有特定能量的空穴选择性地转移到发光部13的功能。载流子选择性转移部12中这样的功能可通过使用例如量子阱结构来获得。从载流子生成部11通过载流子选择性转移部12移动到发光部13的电子和空穴在发光部13复合。通过这样的过程，波长转换部10生成具有能量Ε2的单色光。
[0070]在载流子生成部11内生成的电子和空穴中，那些具有特定能量(下文有时称为“对发光有贡献的特定能量”)的电子和空穴将无变化地穿过载流子选择性转移部12并到达发光部13，在所述特定能量下，电子和空穴可被转移通过载流子选择性转移部12。通过在发光部13复合，这些载流子生成具有能量Ε2的单色光。相反，在载流子生成部11的导带中的电子分布中，那些具有与所述对发光有贡献的特定能量不同的能量的电子将在其间进行能量转移，从而产生一些具有对发光有贡献的特定能量的电子。类似地，在载流子生成部11的价带中的空穴分布中，具有与所述对发光有贡献的特定能量不同的能量的空穴将在其间进行能量转移，从而产生一些具有对发光有贡献的特定能量的空穴。以此方式，变得具有所述对发光有贡献的特定能量的电子和变得具有所述对发光有贡献的特定能量的空穴能够移动通过载流子选择性转移部12到达发光部13，并且通过在发光部13复合而生成具有能量Ε2的单色光。这里，在使用荧光材料的常规下转换太阳能电池中，能够相互作用的电子和空穴局限于具有分离的能级的电子和空穴。相反，因为载流子生成部11由半导体材料构成，因而通过具有不同能量的电子之间和空穴之间的相互作用，可以生成具有所述对发光有贡献的特定能量的电子和具有所述对发光有贡献的特定能量的空穴。以此方式在发光部13生成的单色光然后向光电转换部20行进。
[0071]光电转换部20具有η层21和ρ层22，其各自具有能隙Ε3。这里，Ε3比Ε2小约0.lev。结果，在波长转换部10生成的具有能量E2的单色光被光电转换部20吸收，产生电子和空穴。归因于E2和E3之间约0.1eV的小差异，基本没有能量损失，如此生成的电子和空穴在通过P-n结23所形成的内部电场作用下分离。电子然后移动到η层21侧并被收集在连接到η层21的表面电极24处。空穴移动到ρ层22侧并被收集在连接到ρ层22的背电极25处。
[0072]因此，在太阳能电池100内，在载流子生成部11生成的载流子经由载流子选择性转移部12转移到发光部13，并且在发光部13生成单色光。因为使用这样的实施方案可以引起在载流子生成部11中被激发至高能量的电子和空穴移动到发光部13并在损失能量之前复合，因而可减少能量损失。波长转换部10的一个目的在于允许在载流子生成部11中生成的载流子在发光部13复合；其无意于将生成的载流子直接提取到外部。因此，在波长转换部10中，和在常规的热载流子太阳能电池中不同，无需使载流子一直移动到电极，使得可以显著减少移动过程中的能量损失。特别地，通过控制载流子生成部11的尺寸和厚度，并由此设定载流子从在载流子生成部11中生成直至其到达载流子选择性转移部12为止的移动长度为约IOnm以下，可以大大减少移动过程中的能量损失。此外，通过在载流子生成部11中使用半导体材料，与使用荧光材料的常规下转换太阳能电池相比，可以显著拓宽可用以生成载流子的光的波长范围。此外，在其中在波长转换部10生成的单色光被输入到光电转换部20的太阳能电池100中，输入到光电转换部20的单色光的能量固定在E2。因此，通过在光电转换部20中使用具有对应于E2的能隙的半导体材料，易于减少能量损失。因此，利用本发明，可以提供太阳能电池100，使用该太阳能电池100可以提高光电转换效率。在太阳能电池100中，通过提高将光转换为单色光的波长转换部10的效率，易于提高光电转换效率。
[0073]在太阳能电池100中，构成载流子生成部11的半导体材料的能隙El可设定为例如至少0.4eV并且不超过1.2eV。在其中在载流子生成部11中生成的载流子的移动长度被设定为IOnm以下的情况下，由于量子效应，载流子生成部11的能隙变得比本体材料的能隙大。可以构成载流子生成部11的半导体材料的实例包括？&56、11^8、？&5、66、6&513、6&48513、GaInAs和Si。在其中载流子生成部11由第IV族元素如Ge或Si或第II1-V族化合物如InAs、GaSb、GaAsSb或GaInAs构成的情况下,载流子生成部11可通过气相生长法如金属有机化学气相沉积(MOCVD)或分子束外延(MBE)来制造。或者，在其中载流子生成部11由第IV-VI族化合物如PbSe或PbS构成的情况下，载流子生成部11可通过包括离子喷镀的真空沉积法、通过气相生长法如溅射或通过化学合成如溶胶-凝胶法或溶剂热合成来制造。
[0074]如果载流子选择性转移部12具有量子阱结构，则量子阱层的厚度可设定为例如至少2nm并且不超过10nm，而构成量子阱层的半导体材料的能隙可设定为例如至少0.6eV并且不超过1.6eV。可以构成量子阱层的半导体材料的实例包括Ge、GaSb、InPAs,GaAsSb,GaInAs、S1、InP、GaAs、CdTe、CdSe、AlGaAs、GaInP、AlAs、ZnTe、GaP、CdS 和 ZnSe。在其中量子阱层由第IV族元素如Ge或Si或第II1-V族化合物如GaSb、GaAsSb、GaInAs、InP、GaAs、AlGaAs、GaInP、AlAs或GaP构成的情况下，量子阱层可通过气相生长法如MOCVD或MBE来制造。或者，在其中量子阱层由第I1-VI族化合物如CdTe、CdSe、ZnTe、CdS或ZnSe构成的情况下，量子阱层可通过包括离子喷镀的真空沉积法、通过气相生长法如溅射或通过化学合成如溶胶-凝胶法或溶剂热合成来制造。
[0075]如果载流子选择性转移部12具有量子阱结构，则量子阱层任一侧上的阻挡层的厚度可设定为例如至少2nm并且不超过IOnm ;构成阻挡层的半导体材料的能隙可设定为例如至少1.2eV并且不超过4.0eV0可构成阻挡层的半导体材料的实例包括InP、GaAs、CdTe、CdSe、AlGaAs、GalnP、AlAs、ZnTe、GaP、CdS, ZnSe、GaN 和 ZnS。在其中阻挡层由第 II1-V 族化合物如InP、GaAs> AlGaAs> GalnP、AlAs、GaP或GaN构成的情况下，阻挡层可通过气相生长法如MOCVD或MBE来制造。或者，在其中阻挡层由第I1-VI族化合物如CdTe、CdSe、ZnTe、CdS、ZnSe或ZnS构成的情况下，阻挡层可通过包括离子喷镀的真空沉积法、通过气相生长法如溅射或通过化学合成如溶胶-凝胶法或溶剂热合成来制造。
[0076]在发光部13生成的单色光的能量E2可设定为例如至少0.6eV并且不超过1.6eV。发光部13的厚度可设定为至少2nm并且不超过20nm。可构成发光部13的半导体材料的实例包括 Ge、GaSb, InPAs, GaAsSb, GaInAs, S1、InP、GaAs, CdTe, CdSe, AlGaAs, GaInP、AlAs、ZnTe, GaP, CdS和ZnSe。在其中发光部13由第IV族元素如Ge或Si或第II1-V族化合物如 GaSb、GaAsSb> GaInAs> InP、GaAs> AlGaAs> GalnP、AlAs 或 GaP 构成的情况下，发光部 13可通过气相生长法如MOCVD或MBE来制造。或者，在其中发光部13由第I1-VI族化合物如CdTe, CdSe, ZnTe, CdS或ZnSe构成的情况下，发光部13可通过包括离子喷镀的真空沉积法、通过气相生长法如溅射或通过化学合成如溶胶-凝胶法或溶剂热合成来制造。
[0077]光电转换部20中包含的半导体材料的能隙E3可设定为例如至少0.5eV并且不超过1.6eV。可构成光电转换部20的半导体材料的实例包括Ge、GaSb, GaAsSb, GaInAs, S1、InP,GaAs和CdTe。在光电转换部20中，η层21可通过向这些半导体材料添加可用的η-型掺杂剂来制造，而ρ层22可通过向这些半导体材料添加可用的ρ-型掺杂剂来制造。η层21的厚度可设定为例如约IOOnm,而ρ层22的厚度可设定为例如约2 μ m。在其中光电转换部20由第IV族元素如Ge或Si或第II1-V族化合物如GaSb、GaAsSb、GaInAs、InP或GaAs制成的情况下，光电转换部20可通过气相生长法如MOCVD或MBE来制造。或者，在其中光电转换部20由第I1-VI族化合物如CdTe构成的情况下，光电转换部20可通过包括离子喷镀的真空沉积法、通过气相生长法如溅射或通过化学合成如溶胶-凝胶法或溶剂热合成来制造。表面电极24和背电极25可通过常规方法如气相沉积法制造。对于表面电极24，可合适地使用可用作太阳能电池电极的可用材料，其实例包括梳形金属材料如Al、Ag和Au以及透明导电膜如氧化铟锡(ITO)、铝掺杂的氧化锌(AZO)和氟掺杂的氧化锡(FTO)。对于背电极25，可合适地使用可用作太阳能电池电极的可用材料，其实例包括Al、Ag和Au。表面电极24和背电极25的厚度在金属材料的情况下可以设定为例如约I至10 μ m，而在透明导电膜的情况下可以设定为约0.1至I μ m。
[0078]在太阳能电池100的前述说明中，描述了其中光电转换部20具有p-n结的实施方案。然而，根据本 发明的第一实施方案的光电转换装置(下转换型光电转换装置；下同)不限于此形式。根据本发明的第一实施方案的光电转换装置中提供的光电转换部可具有p-1-n 结。
[0079]另外，在太阳能电池100的前述说明中，描述了其中η层21和ρ层22之间的接合界面是平面的实施方案。然而，根据本发明的第一实施方案的光电转换装置不限于此形式。如随后所述，根据本发明的第一实施方案的光电转换装置中提供的光电转换部可具有有着表面不规则性(三维接合部)的接合界面，如以本体异质结构的方式。
[0080]图2Α为示出了根据本发明的第二实施方案的太阳能电池200的截面图，而图2Β为示意太阳能电池200的能带结构的图。在图2Α中，略去了对载流子生成部31、载流子选择性转移部32和发光部33的描述。在图2Β中，图的上部区域表示电子的较高能量，图的下部区域表示空穴的较低能量。另外，在图2Β中，实心圆(.)代表电子，空心圆(〇)代表空穴。在图2Β中，Ε4为波长转换部30中包含的半导体材料的能隙，Ε5为波长转换部30中生成的单色光的能量，Ε6为光电转换部40中包含的半导体材料的能隙。在图2Α和2Β中，太阳光从图中左侧向右侧行进。在图2Α中，与上述太阳能电池100中的那些相似的要素以与图1A中所用相同的附图标记表示，并且这些要素的说明在下文酌情略去。
[0081]如图2Α和2Β中所示，太阳能电池200具有包含半导体材料的波长转换部30和包含半导体材料的光电转换部40。波长转换部30在其中太阳光行进的方向上设置在光电转换部40的下游侧上。太阳能电池200为上转换太阳能电池。波长转换部30具有由具有能隙E4的半导体材料构成的载流子生成部31、由具有能隙E5的半导体材料构成的发光部33、将具有能量差E5的电子和空穴选择性地转移到发光部33的载流子选择性转移部32和将在发光部33中生成的单色光反射向光电转换部40侧的光反射部34。发光部33具有通过具有能量差E5的电子和空穴的复合而生成具有能量E5的单色光的功能。光电转换部40包含具有能隙E6的半导体材料。光电转换部40具有由能隙为E6的η-型半导体构成的η层41和由能隙为Ε6的ρ-型半导体构成的P层42 ;接合η层41与ρ层42使得形成ρ_η结43。表面电极24连接到η层41，并且背电极44连接到ρ层42。
[0082]落在太阳能电池200上的太阳光进入光电转换部40。光电转换部40中包含的半导体材料的能隙Ε6调节为使得能够仅吸收包含具有不同能量的光的太阳光中的高能量的光。结果，当太阳光进入光电转换部40中包含的半导体材料时，仅具有等于或大于该半导体材料的能隙Ε6的能量的光被吸收。当光以此方式被吸收时，光电转换部40中生成了电子和空穴。所生成的电子和空穴通过由η层41和ρ层42所形成的内部电场作用而分离。电子移动到η层41侧并且被收集在连接到η层41的表面电极24处。空穴移动到ρ层42侧并且被收集在连接到P层42的背电极44处。
[0083]如上所述，在光电转换部40中，仅太阳光中包含的具有等于或大于Ε6的能量的光被吸收。因此，在太阳光所包含的光中，具有小于Ε6的能量的光穿过光电转换部40而在光电转换中未被利用。以此方式穿过光电转换部40的光进入在太阳光行进的方向上设置在下游侧上的波长转换部30。构成波长转换部30的载流子生成部31的半导体材料的能隙Ε4小于Ε6并调节为使得能够吸收太阳光中包含的低能量的光。结果，当光进入波长转换部30的载流子生成部31时，仅具有等于或大于构成载流子生成部31的半导体材料的能隙Ε4的能量的光被吸收。当光被如此吸收时，具有不同能量的电子从价带被激发到导带，并且在价带中形成具有不同能量的空穴。也就是说，当光进入载流子生成部31时，在构成载流子生成部31的半导体材料的导带中形成如图2Β中所示的电子能量分布，并且在该半导体材料的价带中形成如图2Β中所示的空穴能量分布。
[0084]如图2Β中所示，载流子选择性转移部32为这样的区域，其连接载流子生成部31与发光部33并且具有将在载流子生成部31生成的具有不同能量的电子和空穴中仅产生能量差Ε5的那些具有特定能量的电子和那些具有特定能量的空穴选择性地转移到发光部33的功能。载流子选择性转移部32的这样的功能可通过使用例如量子阱结构获得。从载流子生成部31经由载流子选择性转移部32转移到发光部33的电子和空穴在发光部33结合。经过这样的过程，波长转换部30生成具有能量Ε5的单色光。
[0085]这里，在使用荧光材料的常规上转换太阳能电池中，能够相互作用的电子和空穴局限于具有分离的能级的电子和空穴。相反，因为载流子生成部31由半导体材料构成，因而具有不同能量的电子能够相互作用并且具有不同能量的空穴能够相互作用。通过允许穿过载流子选择性转移部32的具有能量差Ε5的电子和空穴在发光部33中复合，可生成具有能量Ε5的单色光。在发光部33中如此生成的单色光的至少一部分被光反射部34反射并向光电转换部40行进。
[0086]光电转换部40具有η层41和ρ层42，其各自具有能隙Ε6。这里，Ε6比Ε5小约0.leV。结果，在发光部33中生成的具有能量E5的单色光被光电转换部40吸收，产生电子和空穴。归因于E5和E6之间约0.1eV的小差异，如此生成的电子和空穴通过由p_n结43所形成的内部电场分离而基本上没有能量损失。电子移动到n层41侧并且被收集在连接到n层41的表面电极24处，而空穴移动到p层42侧并且被收集在连接到p层42的背电极44处。
[0087]采用这样的太阳能电池200，具有大于光电转换部40中包含的半导体材料的能隙E6的能量的太阳光可在光电转换部40被吸收并转换为电。另外，使用在光电转换部40中未被转换为电的光而在发光部33生成的单色光可通过被输入到光电转换部40而被转换为电。通过采用这样的实施方案，可以大大扩展在光电转换部40中向电转换的过程中所利用的光的波长范围。波长转换部30的一个目的在于允许在载流子生成部31中生成的载流子在发光部33处复合；其无意于将载流子直接提取到外部。因此，在波长转换部30中，和在其中使用量子结构的常规热载流子太阳能电池中不同，无需使载流子一直移动到电极，使得可以显著减少移动过程中的能量损失。特别地，通过控制载流子生成部31的尺寸和厚度，并因此设定载流子从在载流子生成部31中生成直至载流子到达载流子选择性转移部32为止的移动长度为约IOnm以下，可以大大减少移动过程中的能量损失。此外，通过在载流子生成部31中使用半导体材料，与使用荧光材料的常规上转换太阳能电池相比，可以显著拓宽可用以生成载流子的光的波长范围。此外，在其中在波长转换部30生成的单色光被输入到光电转换部40的太阳能电池200中，输入到光电转换部40的单色光的能量固定在E5。因此，通过在光电转换部40中使用具有对应于E5的能隙的半导体材料，易于减少能量损失。因此，使用本发明，可以提供太阳能电池200，使用该太阳能电池200可以提高光电转换效率。在太阳能电池200中，通过提高将光转换为单色光的波长转换部30的效率，易于提高光电转换效率。
[0088]在太阳能电池200中，构成载流子生成部31的半导体材料的能隙E4可设定为例如至少0.4eV并且不超过1.6eV。在其中在载流子生成部31中生成的载流子的移动长度被设定为IOnm以下的情况下，由于量子效应，载流子生成部31的能隙变得比本体材料的能隙大。可制成载流子生成部31的半导体材料的实例包括PbSe、InAs、PbS、Ge、GaSb、GaAsSb、GalnAs、S1、InP、GaAs和CdTe。在其中载流子生成部31由第IV族元素如Ge或Si或第II1-V族化合物如InAs、GaSb> GaAsSb> GalnAs、InP或GaAs构成的情况下,载流子生成部31可通过气相生长法如MOCVD或MBE来制造。或者，在其中载流子生成部31由第IV-VI族化合物如PbSe或PbS或第I1-VI族化合物如CdTe构成的情况下，载流子生成部31可通过包括离子喷镀的真空沉积法、通过气相生长法如溅射或通过化学合成如溶胶-凝胶法或溶剂热合成来制造。
[0089]在其中载流子选择性转移部32具有量子阱结构的情况下，量子阱层的厚度可设定为例如至少2nm并且不超过IOnm ;构成量子阱层的半导体材料的能隙可设定为例如至少1.0eV并且不超过3.0eV0可构成量子阱层的半导体材料的实例与可构成上述载流子选择性转移部12的量子阱层的半导体材料的那些相似。载流子选择性转移部32的量子阱层可通过与上述载流子选择性转移部12的量子阱层的那些相似的方法来制造。
[0090]如果载流子选择性转移部32具有量子阱结构，则量子阱层任一侧上的阻挡层的厚度可设定为例如至少2nm并且不超过IOnm ;构成阻挡层的半导体材料的能隙可设定为例如至少1.2eV并且不超过4.0eV0可构成阻挡层的半导体材料的实例与可构成上述载流子选择性转移部12的阻挡层的半导体材料的那些相似。载流子选择性转移部32的阻挡层可通过与上述载流子选择性转移部12的阻挡层的那些相似的方法来制造。
[0091]在发光部33生成的单色光的能量E5可设定为例如至少1.0eV并且不超过3.0eV。发光部33的厚度、构成材料和制造方法可与上述发光部13的厚度、构成材料和制造方法相同。
[0092]光反射部34可由对可见光到红外光具有高反射率的金属等如Ag或Al构成。光反射部34的厚度可设定为例如约I μ m,并且光反射部34可通过常规方法如气相沉积法来制造。
[0093]光电转换部40中包含的半导体材料的能隙E6可设定为例如至少0.9eV并且不超过3.0eV0可构成光电转换部40的半导体材料的实例包括GaAsSb、GaInAs、S1、InP、GaAs、CdTe、CdSe、AlGaAs、GaInP、AlAs、ZnTe、GaP、CdS 和 ZnSe0 在光电转换部 40 中，η 层 41 可通过向这些半导体材料添加可用的η-型掺杂剂来制造，而P层42可通过向这些半导体材料添加可用的P-型掺杂剂来制造。η层41的厚度可设定为例如约IOOnm,而P层42的厚度可设定为例如约2 μ m。在其中光电转换部40由第IV族元素如Si或第II1-V族化合物如 GaAsSb、GaInAs、InP、GaAs、AlGaAs、GaInP、AlAs 或 GaP 制成的情况下，光电转换部 40 可通过气相生长法如MOCVD或MBE来制造。或者，在其中光电转换部40由第I1-VI族化合物如CdTe、CdSe、ZnTeXdS或ZnSe构成的情况下，光电转换部40可通过包括离子喷镀的真空沉积法、通过气相生长法如溅射或通过化学合成如溶胶-凝胶法或溶剂热合成来制造。对于背电极44，可合适地使用可用作太阳能电池电极的可用材料，其实例包括梳形金属材料如Al、Ag和Au以及透明导电膜如氧化铟锡(ITO)、铝掺杂的氧化锌(AZO)和氟掺杂的氧化锡(FTO)。背电极44的厚度在金属材料的情况下可设定为约I至10 μ m，而在透明导电膜的情况下可设定为约0.1至I μ m。背电极44可通过常规方法如气相沉积法来制造。
[0094]在太阳能电池200的前述说明中，描述了其中光电转换部40具有p-n结的实施方案。然而，根据本发明的第二实施方案的光电转换装置(上转换型光电转换装置；下同)不限于此形式。根据本发明的第二实施方案的光电转换装置中提供的光电转换部可具有p-1-n 结。
[0095]另外，在太阳能电池200的前述说明中，描述了其中η层41和ρ层42之间的接合界面是平面的实施方案。然而，根据本发明的第二实施方案的光电转换装置不限于此形式。如随后所述，根据本发明的第二实施方案的光电转换装置中提供的光电转换部可具有有着表面不规则性(三维接合部)的接合界面，如以本体异质结构的方式。
[0096]另外，在太阳能电池100和200的上述说明中，描述了其中波长转换部设置在光电转换部的仅一侧上的本发明实施方案。然而，在本发明的光电转换装置中，也可以以使得光电转换部包夹在一对波长转换部中间的方式设置波长转换部。
[0097]上面描述并且图中示意了其中波长转换部10设置在离光电转换部20—定距离处的太阳能电池100，以及其中波长转换部30设置在离光电转换部40 —定距离处的太阳能电池200。然而，根据本发明的第一实施方案的光电转换装置和根据本发明的第二实施方案的光电转换装置不限于这些形式。根据本发明的第一实施方案的光电转换装置和根据本发明的第二实施方案的光电转换装置可设置为使得波长转换部和光电转换部相互接触。在其中波长转换部和光电转换部设置为使得不相互接触的情况下，在波长转换部和光电转换部之间布置允许光通过的物质就足够了。这样的物质的实例包括空气、透明塑料膜或玻璃等。在其中波长转换部和光电转换部设置为使得不相互接触的情况下，波长转换部通过固定装置(未示出)保持固定。可用来保持波长转换部的常规固定装置可用作所述固定装置。
[0098]在上面的描述中，描述了其中在其光电转换部20侧上的波长转换部10的表面为光滑表面的太阳能电池100和其中在其光电转换部40侧上的波长转换部30的表面为光滑表面的太阳能电池200。然而，根据本发明的第一实施方案的光电转换装置和根据本发明的第二实施方案的光电转换装置不限于这些形式。在根据本发明的第一实施方案的光电转换装置和根据本发明的第二实施方案的光电转换装置中，为了例如提供其中易于将在发光部中生成的单色光输入到光电转换部的实施方案，在其中波长转换部和光电转换部不彼此接触的情况下，优选在其光电转换部侧上的波长转换部的至少表面上提供表面不规则性，而在其中波长转换部和光电转换部彼此接触的情况下，优选在波长转换部与光电转换部之间的界面处提供表面不规则性。通过提供表面不规则性，可以减小在波长转换部生成的单色光在其光电转换部侧上的波长转换部的表面处被反射的比例。
[0099]图3为示出了根据本发明的第三实施方案的太阳能电池300的截面图。在图3中，与上述太阳能电池100中的那些相似的要素以与图1A中所用相同的附图标记表示，并且这些要素的说明在下文酌情略去。在图3中，略去了对载流子生成部、载流子选择性转移部和发光部的描述。
[0100]如图3中所示，太阳能电池300具有η层51、i层52和P层53。η层51、i层52和P层53 —起形成p-1-n结54。在太阳能电池300中，i层52主要起到光电转换部的作用，并且多个包含半导体材料的波长转换部55分散在i层52内。在太阳能电池300中，已通过i层52的一部分的光将进入波长转换部55。太阳能电池300为上转换太阳能电池。每个波长转换部55包括由具有能隙E4的半导体材料构成的载流子生成部、由具有能隙E5的半导体材料构成的发光部和将在载流子生成部中生成的并具有能量差E5的电子和空穴选择性地转移到发光部的载流子选择性转移部。发光部具有通过复合具有能量差E5的电子和空穴而生成具有能量E5的单色光的功能。起到光电转换部作用的i层52由具有能隙E6(E5-E6s0.1Ev)的半导体材料构成。连接到表面电极24的η层51由具有能隙E6的η-型半导体构成。连接到背电极25的ρ层53由具有能隙Ε6的ρ-型半导体构成。
[0101]落在太阳能电池300上的太阳光穿过η层51并进入i层52的设置在波长转换部55周围的半导体材料(下文有时称为“光电转换部52”)。该光电转换部52的能隙E6调节为使得能够从包含具有不同能量的光的太阳光中仅吸收高能量的光。结果，当太阳光进入光电转换部52时,仅具有等于或大于该光电转换部52的能隙E6的能量的光被吸收。当光以此方式被吸收时，光电转换部52中生成了电子和空穴。所生成的电子和空穴通过由η层51和ρ层53所形成的内部电场而分离。电子移动到η层51侧并且被收集在连接到η层51的表面电极24处。空穴移动到ρ层53侧并且被收集在连接到ρ层53的背电极25处。
[0102]如上所述，在光电转换部52中，仅太阳光内包含的具有等于或大于Ε6的能量的光被吸收。因此，在太阳光中所包含的光中，具有小于Ε6的能量的光穿过光电转换部52而不在光电转换中被利用，并将到达波长转换部55。构成波长转换部55的载流子生成部的半导体材料的能隙Ε4小于Ε6并调节为使得能够吸收太阳光中包含的低能量的光。结果，当光进入波长转换部55的载流子生成部时，仅具有等于或大于构成载流子生成部的半导体材料的能隙E4的能量的光被吸收。当光被如此吸收时，具有不同能量的电子将从价带被激发到导带，并在价带中形成具有不同能量的空穴。也就是说，当光进入波长转换部55的载流子生成部时，如在上述太阳能电池200的载流子生成部31的情况一样，在该半导体材料的导带中形成如图2B中所示的电子能量分布并且在该半导体材料的价带中形成如图2B中所示的空穴能量分布。
[0103]在波长转换部55的载流子生成部中生成的电子和空穴通过电子之间的相互作用以及空穴之间的相互作用进行能量转移。使得其间的能量差变为E5的具有特定能量的电子和具有特定能量的空穴穿过波长转换部55的载流子选择性转移部并到达波长转换部55的发光部。载流子选择性转移部的将仅那些具有特定能量的电子和仅那些具有特定能量的空穴选择性地转移到发光部的功能可通过使用量子阱结构来获得。移动到波长转换部55的发光部的电子和空穴在该发光部复合。通过这样的过程，波长转换部55生成具有能量E5的单色光。如此在波长转换部55生成的单色光向光电转换部52行进。
[0104]光电转换部52的能隙为E6。这里，E6比E5小约0.1eV0因此，在波长转换部55中生成的具有能量E5的单色光被光电转换部52吸收，导致在光电转换部52中生成电子和空穴。由于E5和E6之间约0.1eV的小差异，因而如此生成的电子和空穴通过由p_i_n结54所形成的内部电场分离而基本没有能量损失，然后电子移动到n层51侧并且被收集在连接到n层51的表面电极24处，而空穴移动到p层53侧并且被收集在连接到p层53的背电极25处。
[0105]因此,使用太阳能电池300,具有大于光电转换部52的能隙E6的能量的太阳光可被光电转换部52吸收并转换为电。另外，使用在光电转换部52未被转换为电的光而在波长转换部55生成的单色光可通过被输入到光电转换部52而被转换为电。通过采用这样的实施方案，可以大大扩展在光电转换部52处向电转换的过程中所利用的光的波长范围。波长转换部55的一个目的在于允许在载流子生成部中生成的载流子在发光部复合；其无意于将生成的载流子直接输出到外部。因此，在波长转换部55中，和在使用量子结构的常规热载流子太阳能电池中不同，无需使载流子一直移动到电极，使得可以显著减少移动过程中的能量损失。特别地，通过控制每个波长转换部55中的载流子生成部的尺寸和厚度，并因此设定载流子从在波长转换部55的载流子生成部中生成直至其到达波长转换部55的载流子选择性转移部为止的移动长度为约IOnm以下，可以大大减少移动过程中的能量损失。此外，通过采用其中在波长转换部55的载流子生成部中使用半导体材料的实施方案，与使用荧光材料的常规上转换太阳能电池相比，可以显著拓宽可用以生成载流子的光的波长范围。另外，在其中在波长转换部55生成的单色光被输入到光电转换部52的太阳能电池300中，输入到光电转换部52的单色光的能量固定在E5。因此，通过在光电转换部52中使用具有对应于E5的能隙的半导体材料，易于减少能量损失。因此，根据本发明，可以提供能够提高光电转换效率的太阳能电池300。在太阳能电池300中，通过提高将光转换为单色光的波长转换部55的效率，易于提高光电转换效率。
[0106]在太阳能电池300中，构成波长转换部55的载流子生成部的半导体材料的能隙E4可设定为例如至少0.4eV并且不超过1.6eV。在其中在波长转换部55的载流子生成部中生成的载流子的移动长度被设定为IOnm以下的情况下，由于量子效应，载流子生成部的能隙变得比本体材料的能隙大。本发明的本实施方案中的波长转换部55的载流子生成部可使用与上述载流子生成部31所用的那些相似的材料和方法来制造。
[0107]本发明的本实施方案中的波长转换部55的载流子选择性转移部可使用与上述载流子选择性转移部32所用的那些相似的材料和方法来制造。另外，本发明的本实施方案中的波长转换部55的发光部可使用与上述发光部33所用的那些相似的材料和方法来制造。
[0108]在制造光电转换部52的一部分后，将以此方式构造的多个波长转换部55分散在光电转换部52的表面上。接下来，通过反复地进行在经分散的波长转换部55的表面上制造光电转换部52的一部分的操作，多个波长转换部55可被分散在i层52内。
[0109]η层51、光电转换部52和ρ层53的能隙Ε6可设定为例如至少0.9eV并且不超过
3.0eV,并且η层51、光电转换部52和ρ层53可使用与上述光电转换部40所用的那些相似的材料。η层51和ρ层53的厚度可设定为例如约IOOnm, i层52的厚度可设定为例如约0.1至约I μ m。此外，η层51、光电转换部52和ρ层53可通过与上述光电转换部40所用的那些相似的方法来制造。
[0110]在太阳能电池300的上述说明中，描述了其中多个波长转换部55仅分散在i层52中的实施方案。然而，根据本发明的第三实施方案的光电转换装置(上转换型光电转换装置；下同)不限于此形式。在根据本发明的第三实施方案的光电转换装置中，波长转换部可以不仅分散在i层中而且可以分散在η层和/或ρ层中。
[0111]将在下文描述根据本发明的第一至第三实施方案的光电转换装置中可使用的波长转换部的实施方案。
[0112]图4为示意了波长转换部61的一个实施方案的截面图。图4示出了波长转换部61的一部分的放大视图。如图4中所示，波长转换部61具有透明材料61a和多个波长转换颗粒61b，所述多个波长转换颗粒61b分散在透明材料61a中并由透明材料61a保持。透明材料部61a由允许光穿过而不吸收待被波长转换颗粒61b吸收的光的透明材料(例如，具有至少4.0eV的能隙的透明材料)构成。每个波长转换颗粒61b具有在其中心处的载流子生成部61x并且包括同心地从中心向外布置的载流子生成部61x、载流子选择性转移部61y和发光部61z。载流子生成部61x、载流子选择性转移部61y和发光部61z各自由半导体材料构成。载流子选择性转移部61y包括同心地从中心侧向外布置的阻挡层61ya、量子阱层61yb和阻挡层61ya，阻挡层61ya中的每一个的厚度设定为使得载流子可通过隧道传导从中穿过。设置在中心侧的阻挡层61ya形成在载流子生成部61x的表面上，量子阱层61yb形成在设置在中心侧上的阻挡层61ya的表面上，而设置在外侧上的阻挡层61ya形成在量子阱层61yb的表面上。构成阻挡层61ya的半导体材料的能隙大于构成量子阱层61yb的半导体材料的能隙，并且在量子阱层61yb的导带和价带中形成归因于量子限域效应的离散能级。在载流子选择性转移部61y中，量子阱层61yb的导带中的最低离散能级与量子阱层61yb的价带中的最低离散能级之间的能量差比构成发光部61z的半导体材料的能隙大约0.1eV0此外，在绘制为使得图的上部区域表示电子的较高能量的能带图而言，量子阱层61yb的导带中的最低离散能级位于构成发光部61z的半导体材料的导带的底部边缘上方0.05eV处，而量子阱层61yb的价带中的最低离散能级位于比构成发光部61z的半导体材料的价带的顶部边缘下方0.05eV处。
[0113]当光落在以此方式构造的波长转换部61上时，光穿过透明材料部61a，到达波长转换颗粒61b。当光进入波长转换颗粒61b时，具有比载流子生成部61x的能隙大的能量的光被吸收，并且在载流子生成部61x中生成具有不同能量的电子和空穴。
[0114]这里，设置在中心侧上的阻挡层61ya的厚度设定为使得在载流子生成部61x中生成的载流子可通过隧道传导移动到量子阱层61yb，而设置在外侧上的阻挡层61ya的厚度设定为使得位于量子阱层61yb中的载流子可通过隧道传导移动到发光部61z。因此，在载流子生成部61x中生成的电子和空穴中，那些具有对应于在量子阱层61yb的导带或价带中形成的离散能级的能量的电子和空穴能够通过隧道传导经由量子阱层61yb的离散能级到达发光部61z。以此方式移动到发光部61z的电子和空穴在发光部61z复合,成为单色光。在载流子生成部61x中生成的电子中，具有与在量子阱层61yb的导带中形成的离散能级不同的能量的一些电子将通过与在载流子生成部61x中生成的其它电子的相互能量转移而变得具有与在量子阱层61yb的导带中形成的离散能级相同的能量。类似地，在载流子生成部61x中生成的空穴中，具有与在量子阱层61yb的价带中形成的离散能级不同的能量的一些空穴将通过与在载流子生成部61x中生成的其它空穴的相互能量转移而变得具有与在量子阱层61yb的价带中形成的离散能级相同的能量。变得具有与在量子阱层61yb的导带和价带中形成的离散能级相同的能量的电子和空穴能够通过隧道传导经由量子阱层61yb的离散能级而到达发光部61z，并在发光部61z复合，成为单色光。在其中在根据本发明的第一至第三实施方案的光电转换装置中使用波长转换部61的情况下，可以此方式生成单色光。
[0115]在波长转换部61中，透明材料61a可为Si02*SiNx，或者可为树脂如聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯或甲基丙烯酸酯聚合物(丙烯酸类)。或者，在本发明中，可以使用绝缘材料和不吸收待被载流子生成部61x吸收的光的半导体材料一起作为透明材料61a。
[0116]从例如具有在其下光被吸收并生成载流子的尺寸的角度出发，波长转换颗粒61b中的载流子生成部61x的直径设定为至少2nm，并且从例如能够获得量子限域效应和缩短载流子移动长度的角度出发，设定为不超过20nm。构成载流子生成部61x的半导体材料的能隙可设定为例如至少0.4eV并且不超过1.6eV。当载流子生成部61x设定为上述尺寸时，归因于量子效应，载流子生成部61x的能隙变得比本体材料的能隙大。在根据本实施方案的载流子生成部61x中可以使用与可用来构造上述载流子生成部31的半导体材料相似的材料，并且本实施方案的载流子生成部61x可通过与用来制造上述载流子生成部31的方法相似的方法来制造。
[0117]从例如提供在其下载流子能够通过隧道传导来移动的厚度的角度出发，阻挡层61ya的厚度可设定为例如至少2nm并且不超过10nm。构成阻挡层61ya的半导体材料的能隙可设定为例如至少1.2eV并且不超过4.0eV0阻挡层61ya可以使用与可构造上述载流子选择性转移部12的阻挡层的半导体材料相似的材料，并且这些阻挡层61ya可通过与用来制造上述载流子选择性转移部12中的阻挡层的方法相似的方法来制造。
[0118]从提供在其下可在导带和价带中形成有限数目的离散能级的厚度的角度出发，量子阱层61yb的厚度可设定为例如至少2nm并且不超过10nm，并且构成量子阱层61yb的半导体材料的能隙可设定为至少0.6eV并且不超过3.0eV0当量子阱层61yb设定为上述厚度时，归因于量子效应，量子阱层61yb的能隙变得比本体材料的能隙大。此外，量子阱层61yb可以使用与可构造上述载流子选择性转移部12的量子阱层的半导体材料相似的材料，并且量子阱层61yb可通过与用来制造上述载流子选择性转移部12中的量子阱层的方法相似的方法来制造。
[0119]发光部61z的厚度可设定为至少2nm以提供使得已移动到发光部61z的电子和空穴可复合的厚度，并且不超过20nm以提供使得在发光部61z中生成的单色光可易于行进到光电转换部的厚度。构成发光部61z的半导体材料的能隙可设定为例如至少0.6eV并且不超过3.0eV0发光部61z可以使用与可构造上述载流子选择性转移部12的发光部的半导体材料相似的材料，并且发光部61z可通过与用来制造上述载流子选择性转移部12中的发光部的方法相似的方法来制造。
[0120]下面将针对其中PbSe用作载流子生成部61x、ZnS用作阻挡层61ya并且CdTe用作量子阱层61yb和发光部61z的情况，描述通过化学合成来制备波长转换颗粒61b的一种示例性方法。
[0121](载流子生成部6Ix的合成)
[0122]向烧瓶(在下面的关于制备波长转换颗粒61b的方法的描述中称为“第一烧瓶”)中装入苯基醚(作为溶剂)、油酸、三辛基膦和醋酸铅(作为铅源)，并通过在惰性气体中加热至约85°C来使醋酸铅溶解，然后将烧瓶内容物冷却至约45°C。接下来，向第一烧瓶中加入作为硒源的三辛基硒化膦。向与第一烧瓶独立的烧瓶(在下面的关于制备波长转换颗粒61b的方法的描述中称为“第二烧瓶”)中装入苯基醚并在惰性气体中加热至约200°C。接下来，向经加热的第二烧瓶中倒入第一烧瓶中的已向其中加入硒源的溶液，并将第二烧瓶的内容物冷却至约120°C。通过前述操作可产生具有约8nm的直径的载流子生成部61x(PbSe量子点)。PbSe在本体材料中的能隙为0.27eV，但由于量子效应变为约0.7eV。
[0123](阻挡层6Iya的合成)
[0124]向烧瓶(在下面的关于制备波长转换颗粒61b的方法的描述中称为“第三烧瓶”)中装入三辛基膦，然后加入二甲基锌(作为锌源)和双(三甲基甲硅烷基)硫化物(作为硫源)，并将烧瓶内容物加热至约300°C。接下来，向已被再加热至约200°C的第二烧瓶中加入第三烧瓶中的溶液，并将内容物冷却至约100°C。通过前述操作，在载流子生成部61x周围形成了具有约3nm厚度的阻挡层61ya(ZnS层)。如此形成的ZnS层的能隙为3.58eV。
[0125](量子阱层61yb的合成)
[0126]向烧瓶(在下面的关于制备波长转换颗粒61b的方法的描述中称为“第四烧瓶”)中装入三辛基膦、二甲基镉(作为镉源)和三辛基膦-碲(作为碲源)，并通过加热至约220°C进行溶解。接下来，向已被再加热至约240°C的第二烧瓶中加入第四烧瓶中的溶液。通过前述操作，在阻挡层61ya周围形成具有约5nm的厚度的量子讲层61yb(CdTe层)。CdTe在本体材料中的能隙为1.44eV，但由于量子效应变为约1.65eV。
[0127](阻挡层6Iya的合成)
[0128]向烧瓶(在下面的关于制备波长转换颗粒61b的方法的描述中称为“第五烧瓶”)中装入三辛基膦，然后加入二甲基锌(作为锌源)和双(三甲基甲硅烷基)硫化物(作为硫源)，并将烧瓶内容物加热至约300°C。接下来，向已被再加热至约200°C的第二烧瓶中加入第五烧瓶中的溶液，并将内容物冷却至约100°C。通过前述操作，由此在量子阱层61yb周围形成具有约3nm厚度的阻挡层61ya(ZnS层)。如此形成的ZnS层的能隙为3.58eV。
[0129](发光部61z的合成)
[0130]向烧瓶(在下面的关于制备波长转换颗粒61b的方法的描述中称为“第六烧瓶”)中装入三辛基膦，然后加入二甲基镉(作为镉源)和三辛基膦-碲(作为碲源)，并通过加热至约220°C进行溶解。接下来，向已被再加热至约240°C的第二烧瓶中加入第六烧瓶中的溶液。通过前述操作，在阻挡层61ya周围形成具有约IOnm厚度的发光部61z (CdTe层)。当如此形成发光部61z时，可经由例如其中使用甲醇进行洗涤的步骤获得波长转换颗粒61b。
[0131]在以此方式制得波长转换颗粒61b后，将由上述物质构成的透明材料61a置于有机溶剂中，并将波长转换颗粒61b分散于其中。然后通过涂布法如旋涂或浸涂或者通过印刷法如丝网印刷或喷墨印刷，将其中分散了透明材料61a和波长转换颗粒61b的溶液施加到待在其上形成波长转换部61的物质的表面上，然后进行退火处理。波长转换部61可通过反复地施加所述分散体并进行退火处理来制造，即通过多次进行这些操作来制造。
[0132]图5A为示出了波长转换部62的一个实施方案的截面图，图5B为示出了波长转换纤维62a的一个实施方案的截面图。相对于其上绘制了图5B的页面的前/后方向为波长转换纤维62a的轴向。在图5A中，放大地示出了波长转换部62的一部分并且示意性地示出了多根波长转换纤维62a。在图5A中，与上述波长转换部61中的那些相似的要素以与图4中所用相同的附图标记来表示，并且在下文酌情略去对这些要素的说明。
[0133]如图5A中所示，波长转换部62具有透明材料61a和多根波长转换纤维62a，所述波长转换纤维62a分散在透明材料61a中并由透明材料61a保持。透明材料部61a由允许光穿过而不吸收待被波长转换纤维62a吸收的光的透明材料(例如，具有至少4.0eV的能隙的透明材料)构成。如图5B中所示，每根波长转换纤维62a在中心处具有载流子生成部62x,并且还具有同心地从中心向外布置的载流子生成部62x、载流子选择性转移部62y和发光部62z。载流子生成部62x、载流子选择性转移部62y和发光部62z各自由半导体材料构成。载流子选择性转移部62y包括同心地从中心侧向外布置的阻挡层62ya、量子阱层62yb和阻挡层62ya，阻挡层62ya中的每一个的厚度设定为使得载流子可通过隧道传导从中穿过。设置在中心侧上的阻挡层62ya形成在载流子生成部62x的表面上，量子阱层62yb形成在设置在中心侧上的阻挡层62ya的表面上，而设置在外侧上的阻挡层62ya形成在量子阱层62yb的表面上。构成阻挡层62ya的半导体材料的能隙大于构成量子阱层62yb的半导体材料的能隙，并且在量子阱层62yb的导带和价带中形成归因于量子限域效应的离散能级。在载流子选择性转移部62y中，量子阱层62yb的导带中的最低离散能级与量子阱层62yb的价带中的最低离散能级之间的能量差比构成发光部62z的半导体材料的能隙大约0.1eV0此外，在绘制为使得图的上部区域表示电子的较高能量的能带图中，量子阱层62yb的导带中的最低离散能级位于构成发光部62z的半导体材料的导带的底部边缘上方
0.05eV处，而量子阱层62yb的价带中的最低离散能级位于构成发光部62z的半导体材料的价带的顶部边缘下方0.05eV处。
[0134]当光落在以此方式构造的波长转换部62上时，光穿过透明材料部61a，到达波长转换纤维62a。当光进入波长转换纤维62a时，具有比载流子生成部62x的能隙大的能量的光被吸收，并在载流子生成部62x中生成具有不同能量的电子和空穴。
[0135]这里，设置在中心侧上的阻挡层62ya的厚度设定为使得在载流子生成部62x生成的载流子可通过隧道传导移动到量子阱层62yb，而设置在外侧上的阻挡层62ya的厚度设定为使得位于量子阱层62yb中的载流子可通过隧道传导移动到发光部62z。因此，在载流子生成部62x中生成的电子和空穴中，那些具有对应于在量子阱层62yb的导带或价带中形成的离散能级的能量的电子和空穴能够通过隧道传导经由量子阱层62yb的离散能级到达发光部62z。以此方式移动到发光部62z的电子和空穴在发光部62z复合,成为单色光。在载流子生成部62x中生成的电子中，具有与在量子阱层62yb的导带中形成的离散能级不同的能量的一些电子将通过与在载流子生成部62x中生成的其它电子的相互能量转移而变得具有与在量子阱层62yb的导带中形成的离散能级相同的能量。类似地，在载流子生成部62x中生成的空穴中，具有与在量子阱层62yb的价带中形成的离散能级不同的能量的一些空穴将通过与在载流子生成部62x中生成的其它空穴的相互能量转移而变得具有与在量子阱层62yb的价带中形成的离散能级相同的能量。变得具有与在量子阱层62yb的导带和价带中形成的离散能级相同的能量的电子和空穴能够通过隧道传导经由量子阱层62yb的离散能级到达发光部62z,并在发光部62z复合,成为单色光。在其中在根据本发明的第一至第三实施方案的光电转换装置中使用波长转换部62的情况下，可以此方式生成单色光。
[0136]在波长转换部62中，出于与上面关于上述载流子生成部61x所提到的相同原因，波长转换纤维62a中的载流子生成部62x的直径可设定为例如至少2nm并且不超过20nm，并且构成载流子生成部62x的半导体材料的能隙可设定为例如至少0.4eV并且不超过1.6eV。当载流子生成部62x设定为前述厚度时，归因于量子效应，载流子生成部62x的能隙变得比本体材料的能隙大。该载流子生成部62x可使用与上述载流子生成部31所用的半导体材料相似的材料，并且该载流子生成部62x可通过与上述载流子生成部31所用相似的方法来制造。在其中形成包埋在透明材料中的由波长转换纤维62a构成的层的情况下，该层的厚度据推测不超过约I μ m,并因此期望防止波长转换纤维62a突破该层。因此，优选设定波长转换纤维62a的轴向长度为例如至少20nm并且不超过500nm。
[0137]出于与上面关于前一实施方案的阻挡层61ya所提到的相同原因，本实施方案的阻挡层62ya的厚度可设定为例如至少2nm并且不超过IOnm,并且构成这些阻挡层62ya的半导体材料的能隙可设定为例如至少1.2eV并且不超过4.0eV0阻挡层62ya可以使用与上述载流子选择性转移部12的阻挡层所用的半导体材料相似的材料，并且这些阻挡层62ya可通过与用来制造上述载流子选择性转移部12中的阻挡层的方法相似的方法来制造。
[0138]出于与上面关于前一实施方案的量子阱层61yb所提到的相同原因，量子阱层62yb的厚度可设定为例如至少2nm并且不超过10nm，并且构成量子阱层62yb的半导体材料的能隙可设定为至少0.6eV并且不超过3.0eV0当量子阱层62yb设定为上述厚度时，归因于量子效应，量子阱层62yb的能隙变得比本体材料的能隙大。此外，量子阱层62yb可使用与上述载流子选择性转移部12的量子阱层所用的半导体材料相似的材料，并且量子阱层62yb可通过与用来制造上述载流子选择性转移部12中的量子阱层的方法相似的方法来制造。
[0139]出于与上面关于前一实施方案的发光部61z所提到的相同原因,发光部62z的厚度可设定为至少2nm并且不超过20nm。构成发光部62z的半导体材料的能隙可设定为例如至少0.6eV并且不超过3.0eV0发光部62z可使用与上述载流子选择性转移部12的发光部所用的半导体材料相似的材料，并且发光部62z可通过与用来制造上述载流子选择性转移部12中的发光部的方法相似的方法来制造。
[0140]下面将针对其中PbSe用作载流子生成部62x、ZnS用作阻挡层62ya并且CdTe用作量子阱层62yb和发光部62z的情况描述通过化学合成制备波长转换纤维62a的一种示例性方法。
[0141](载流子生成部62x的合成)
[0142]向烧瓶(在下面的关于制备波长转换纤维62a的方法的描述中称为“第一烧瓶”)中装入苯基醚(作为溶剂)、油酸和醋酸铅(作为铅源)，并通过在惰性气体中加热至约150°C来使醋酸铅溶解，然后将烧瓶内容物冷却至约60°C。接下来，向第一烧瓶中加入作为硒源的三辛基硒化膦以及三辛基膦。向与第一烧瓶独立的烧瓶(在下面的关于制备波长转换纤维62a的方法的描述中称为“第二烧瓶”)中装入苯基醚和十四烷基膦，并在惰性气体中加热至约250°C (加入的溶液的温度)。接下来，向经加热的第二烧瓶中倒入第一烧瓶中的已向其中加入硒源的溶液，并将第二烧瓶的内容物保持在约180°C (反应温度)。通过前述操作可产生具有约6nm厚度的载流子生成部62x(PbSe纤维)。这里，随着加入的溶液的温度和反应温度变高以及溶液中起始材料的浓度比Pb/Se变大，将变得更可能形成纤维而不是颗粒。PbSe在本体材料中的能隙为0.27eV，但由于量子效应变为约0.7eV。
[0143](阻挡层62ya的合成)
[0144]向烧瓶(在下面的关于制备波长转换纤维62a的方法的描述中称为“第三烧瓶”)中装入三辛基膦，然后加入二甲基锌(作为锌源)和双(三甲基甲硅烷基)硫化物(作为硫源)，并将烧瓶内容物加热至约300°C。接下来，向已被再加热至约200°C的第二烧瓶中加入第三烧瓶中的溶液，并将内容物冷却至约100°C。通过前述操作，在载流子生成部62x周围形成具有约3nm厚度的阻挡层62ya(ZnS层)。如此形成的ZnS层的能隙为3.58eV。
[0145](量子阱层62yb的合成)
[0146]向烧瓶(在下面的关于制备波长转换纤维62a的方法的描述中称为“第四烧瓶”)中装入三辛基膦、二甲基镉(作为镉源)和三辛基膦-碲(作为碲源)，并通过加热至约220°C进行溶解。接下来，向已被再加热至约240°C的第二烧瓶中加入第四烧瓶中的溶液。通过前述操作，在阻挡层62ya周围形成具有约5nm厚度的量子阱层62yb (CdTe层)。CdTe在本体材料中的能隙为1.44eV，但由于量子效应变为约1.65eV。
[0147](阻挡层62ya的合成)
[0148]向烧瓶(在下面的关于制备波长转换纤维62a的方法的描述中称为“第五烧瓶”)中装入三辛基膦，然后加入二甲基锌(作为锌源)和双(三甲基甲硅烷基)硫化物(作为硫源)，并将烧瓶内容物加热至约300°C。接下来，向已被再加热至约200°C的第二烧瓶中加入第五烧瓶中的溶液，并将内容物冷却至约100°C。通过前述操作，在量子阱层62yb周围形成具有约3nm厚度的阻挡层62ya(ZnS层)。如此形成的ZnS层的能隙为3.58eV。
[0149](发光部62z的合成)
[0150]向烧瓶(在下面的关于制备波长转换纤维62a的方法的描述中称为“第六烧瓶”)中装入三辛基膦，然后加入二甲基镉(作为镉源)和三辛基膦-碲(作为碲源)，并通过加热至约220°C进行溶解。接下来，向已被再加热至约240°C的第二烧瓶中加入第六烧瓶中的溶液。通过前述操作，在阻挡层62ya周围形成具有约IOnm厚度的发光部62z (CdTe层)。当如此形成发光部62z时，可经由例如其中使用甲醇进行洗涤的步骤获得波长转换纤维62a。
[0151]在以此方式制得波长转换纤维62a后，将由上述物质构成的透明材料61a置于有机溶剂中，并将波长转换纤维62a分散于其中。然后通过涂布法如旋涂或浸涂或者通过印刷法如丝网印刷或喷墨印刷，将其中分散了透明材料61a和波长转换纤维62a的溶液施加到待在其上形成波长转换部62的物质的表面上，然后进行退火处理。波长转换部62可通过反复地施加所述分散体并进行退火处理来制造，即通过多次进行这些操作来制造。
[0152]在波长转换部61和62中，对保持在透明材料61a中的波长转换颗粒61b或波长转换纤维62a的数目不设特别的限制。然而，为了吸收在处于和高于载流子生成部61x或62x的能隙的波长范围中至少60%、并优选至少80%的光子，期望设定波长转换部61或62中的载流子生成部61x或62x的总厚度(B卩，在太阳光的行进方向上的厚度；下同)为至少约IOOnm并且不超过约500nm。在其中载流子生成部6Ix或62x的直径为至少2nm并且不超过20nm的情况下，可通过层叠波长转换颗粒61b或波长转换纤维62a的约5至250个层将载流子生成部61x或62x的总厚度设定为至少约IOOnm并且不超过约500nm。例如,在其中载流子生成部61x或62x的直径为约IOnm的情况下，可层叠波长转换颗粒61b或波长转换纤维62a的约10至约50个层。
[0153]另外，在波长转换部61和62中，虽然对保持在透明材料61a中的相邻的波长转换颗粒61b或波长转换纤维62a之间的间距不设限制，但从例如获得易于提高光电转换效率的实施方案的角度出发，优选所述间距设定为波长转换颗粒61b或波长转换纤维62a的直径的至少约0.2倍但不超过约2倍。例如，在其中波长转换颗粒61b或波长转换纤维62a的直径为20nm的情况下，所述间距可设定为至少约4nm但不超过约40nm。
[0154]此外，在波长转换部61和62中，关于制造过程中混合于一起的透明材料61a相对于波长转换颗粒61b或波长转换纤维62a的体积比，当波长转换颗粒61b或波长转换纤维62a的体积假定为I时，则透明材料61a的体积可设定为至少约0.5并且不超过约20的值。
[0155]在波长转换部61和62的上述说明中，描述了其中波长转换颗粒61b或波长转换纤维62a分散在透明材料61a中的实施方案。然而，本发明的波长转换部不限于这些实施方案。本发明的光电转换装置可具有由分散在透明材料61a中的波长转换颗粒61b和波长转换纤维62a 二者构成的波长转换部。本发明的光电转换装置的又一个可能的实施方案为不使用透明材料61a而是具有通过例如使波长转换颗粒61b和/或波长转换纤维62a经受压制操作所形成的波长转换部的实施方案。然而，为了获得其中波长转换部的形状易于限定的实施方案，优选具有由分散在透明材料61a中的波长转换颗粒61b和/或波长转换纤维62a构成的波长转换部的实施方案。
[0156]图6为不出了波长转换部63的一个实施方案的截面图。图6中的垂直方向为光的行进方向并且也为波长转换部63的厚度方向。如图6中所示，波长转换部63具有在其厚度方向上设置在中心处的载流子生成部63x、设置为使得包夹载流子生成部63x的一对载流子选择性转移部63y以及设置为使得另外从外面将被一对载流子选择性转移部63y包夹在中间的载流子生成部63x包夹的一对发光部63z。载流子生成部63x、一对载流子选择性转移部63y和一对发光部63z分别由半导体材料构成。各自的载流子选择性转移部63y中的每一个具有从载流子生成部63x侧向各自的发光部63z侧依次设置的阻挡层63ya、量子阱层63yb和阻挡层63yc，阻挡层63ya的厚度设定为使得载流子可通过隧道传导从中穿过。构成阻挡层63ya的半导体材料的能隙大于构成载流子生成部63x的半导体材料的能隙并且大于构成各自的量子阱层63yb的半导体材料的能隙，其结果是，在量子阱层63yb的导带和价带中形成归因于量子限域效应的离散能级。在载流子选择性转移部63y中，量子阱层63yb的导带中的最低离散能级与量子阱层63yb的价带中的最低离散能级之间的能量差比构成发光部63z的半导体材料的能隙大约0.1eV0此外，在绘制为使得图的上部区域表示电子的较高能量的能带图中，量子阱层63yb的导带中的最低离散能级位于构成发光部63z的半导体材料的导带的底部边缘上方0.05eV处，而量子阱层63yb的价带中的最低离散能级位于构成发光部63z的半导体材料的价带的顶部边缘下方0.05eV处。波长转换部63可如下制造。例如，在形成位于图6中底侧上的发光部63z后，可通过在发光部63z的顶表面上形成阻挡层63ya、在阻挡层63ya的顶表面上形成量子阱层63yb并在量子阱层63yb的顶表面上形成阻挡层63ya来在发光部63z的顶表面上形成载流子选择性转移部63y。一旦如此形成载流子选择性转移部63y，可在其顶表面上形成载流子生成部63x。接下来，通过在载流子生成部63x的顶表面上形成阻挡层63ya、在阻挡层63ya的顶表面上形成量子阱层63yb并在量子阱层63yb的顶表面上形成阻挡层63ya来在载流子生成部63x的顶表面上形成载流子选择性转移部63y。然后在如此形成的载流子选择性转移部63y的顶表面上形成发光部63z。通过此步骤顺序，可以制造具有多层构造的波长转换部63。
[0157]如此构造的波长转换部63可设置在例如光电转换部内。图7为示出了根据本发明的另一个实施方案的太阳能电池301的截面图，该太阳能电池301具有在其内部处具有多个波长转换部63的光电转换部73。图7中的横向为光行进的方向并且也为波长转换部63的厚度方向。在图7中，示意性地示出了波长转换部63。图7中与上述太阳能电池100中的那些相似的要素以与图1A中所用相同的附图标记来表示，并且在下文酌情略去对这些要素的说明。
[0158]图7中示出的太阳能电池301具有表面电极24、背电极25、连接到表面电极24的多个η层71、连接到背电极25的多个ρ层72以及设置在η层71和ρ层72之间的多个波长转换部63。η层71位于太阳能电池301的一端处,在太阳能电池301中，表面电极24在光的行进方向上设置在上游侧上，而P层72位于太阳能电池301的一端处，在太阳能电池301中，背电极25在光行进的方向上设置在下游侧上。多个层叠的层73相继设置在表面电极24和背电极25之间，每个层叠的层73由在光行进的方向上从上游侧依次布置的η层71、波长转换部63和ρ层72构成。层叠的层73中包含的η层71通过设置在图7中顶部侧上的η层71连接在一起，而层叠的层73中包含的ρ层72通过设置在图7中底部侧上的P层72连接在一起。在太阳能电池301中，构成η层71的半导体材料的能隙和构成ρ层72的半导体材料的能隙各自比在发光部63ζ中生成的单色光的能量小约0.1eV0在太阳能电池301中，未被η层71或ρ层72吸收的光将被波长转换部63吸收，而在波长转换部63的发光部63ζ生成的单色光将被η层71和ρ层72吸收。
[0159]当光落在太阳能电池301上时，光穿过η层71或者η层71和ρ层72，并到达所述多个波长转换部63 (下文也简称为“波长转换部63”)。当光到达η层71和/或ρ层72时，一些光被吸收，产生载流子。如此生成的电子经由连接到表面电极24的η层71被收集在表面电极24处，并且如此生成的空穴经由连接到背电极25的ρ层72被收集在背电极25处。
[0160]当光进入波长转换部63中之一时，具有比载流子生成部63χ的能隙大的能量的光被吸收，并在载流子生成部63χ中生成具有不同能量的电子和空穴。这里，设置在载流子生成部63χ的任一侧上的阻挡层63ya的厚度设定为使得载流子可通过隧道传导移动到量子阱层63yb，而设置在量子阱层63yb和发光部63z之间的阻挡层63ya的厚度设定为使得载流子可通过隧道传导移动到发光部63z。因此，在载流子生成部63x中生成的电子和空穴中，那些具有对应于在量子阱层63yb的导带或价带中形成的离散能级的能量的电子和空穴能够通过隧道传导经由量子阱层63yb的离散能级到达发光部63z。如此移动到发光部63z的电子和空穴在发光部63z复合，成为单色光。另一方面，在载流子生成部63x中生成的电子中，具有与在量子阱层63yb的导带中形成的离散能级不同的能量的一些电子通过与在载流子生成部63x中生成的其它电子进行相互能量转移而变得具有与在量子阱层63yb的导带中形成的离散能级相同的能量。类似地，在载流子生成部63x中生成的空穴中，具有与在量子阱层63yb的导带中形成的离散能级不同的能量的一些空穴通过与在载流子生成部63x中生成的其它空穴进行相互能量转移而变得具有与在量子阱层63yb的导带中形成的离散能级相同的能量。如此变得具有与在量子阱层63yb的导带和价带中形成的离散能级相同的能量的电子和空穴能够通过隧道传导经由量子阱层63yb的离散能级到达发光部63z并在发光部63z复合，成为单色光。在发光部63z中生成的单色光到达位置邻近于波长转换部63的n层71或p层72并被n层71或p层72吸收。通过吸收所述单色光生成的电子穿过位于图7中顶部侧上的n层71并且被收集在表面电极24处，而通过吸收所述单色光生成的空穴穿过位于图7中底部侧上的p层72并且被收集在背电极25处。
[0161]使用如此吸收光并收集电子和空穴的该太阳能电池301，可以大大扩展在n层71或p层72中向电转换的过程中所利用的光的波长范围。此外，波长转换部63的一个目的在于允许在载流子生成部63x中生成的载流子在发光部63z复合；其无意于将生成的载流子直接提取到外部。因此，在波长转换部63中，和在使用量子结构的常规热载流子太阳能电池中不同，无需使载流子一直移动到电极，使得可以显著减少移动过程中的能量损失。特别地，通过控制载流子生成部63x的厚度，并由此设定载流子从在载流子生成部63x中生成直至其到达载流子选择性转移部63y为止的移动长度为约IOnm以下，可以大大减少移动过程中的能量损失。此外，在其中载流子生成部63x使用半导体材料的实施方案中，与使用荧光材料的常规上转换太阳能电池相比，可以显著拓宽可用以生成载流子的光的波长范围。另夕卜，在其中在波长转换部63中生成的单色光被输入到n层71或p层72的太阳能电池301中，输入到n层71或p层72的光的能量是固定的。因此，通过对n层71或p层72使用具有对应于所述固定能量的能隙的半导体材料，将易于减少能量损失。因此，使用该太阳能电池301，也可以提高光电转换效率。此外，在该太阳能电池301中，通过提高将光转换为单色光的波长转换部63的效率，易于提高光电转换效率。
[0162]在太阳能电池301中，出于与上面关于上述载流子生成部61x和62x所提到的相同原因，载流子生成部63x的厚度可设定为例如至少2nm并且不超过20nm，并且构成载流子生成部63x的半导体材料的能隙可设定为例如至少0.4eV并且不超过1.6eV。通过赋予载流子生成部63x前述厚度，归因于量子效应，载流子生成部63x的能隙变得比本体材料的能隙大。另外，该载流子生成部63x可使用与上述载流子生成部31所用的半导体材料相似的材料。在其中载流子生成部63x由第IV族元素如Ge或Si或者第II1-V族化合物如InAs、GaSb、GaAsSb、GalnAs、InP或GaAs构成的情况下，载流子生成部63x可通过气相生长法如MOCVD或MBE来制造。在其中载流子生成部63x由第IV-VI族化合物如PbSe或PbS或第I1-VI族化合物如CdTe构成的情况下，载流子生成部63x可通过包括离子喷镀的真空沉积法、通过气相生长法如溅射或通过化学合成如溶胶-凝胶法或化学浴沉积来制造。或者，可如下来进行制造:在通过溶胶-凝胶法、溶剂热法等合成颗粒后，通过在有机溶剂中混合所述颗粒并使用涂布法如旋涂或浸涂或者印刷法如丝网印刷或喷墨印刷将所得混合物施加到待在其上形成载流子生成部63x的物质的表面上，然后进行退火处理。
[0163]出于与上面关于上述实施方案中的阻挡层61ya和阻挡层62ya所提到的相同原因，本实施方案中的阻挡层63ya的厚度可设定为例如至少2nm并且不超过20nm,并且构成阻挡层63ya的半导体材料的能隙可设定为例如至少1.2eV并且不超过4.0eV0另外，本实施方案的阻挡层63ya和第二阻挡层63yc可使用与上述载流子选择性转移部12的阻挡层所用的半导体材料相似的材料。在其中阻挡层63ya由第II1-V族化合物如InP、GaAs、AlGaAs、GaInP、AlAs、GaP或GaN构成的情况下，阻挡层63ya可通过气相生长法如MOCVD或MBE来制造。在其中阻挡层63ya由第I1-VI族化合物如CdTe、CdSe、ZnTe、CdS、ZnSe或ZnS构成的情况下，阻挡层63ya可通过包括离子喷镀的真空沉积法、通过气相生长法如溅射或通过化学合成如溶胶-凝胶法或化学浴沉积来制造。或者，可如下来进行制造:在通过溶胶-凝胶法、溶剂热法等合成颗粒后，通过在有机溶剂中混合所述颗粒并使用涂布法如旋涂或浸涂或者印刷法如丝网印刷或喷墨印刷将所得混合物施加到待在其上形成阻挡层63ya的物质(发光部63z、量子阱层63yb或载流子生成部63x)的表面上，然后进行退火处理。
[0164]出于与上面关于上述实施方案中的量子阱层61yb和62yb所提到的相同原因，量子阱层63yb的厚度可设定为例如至少2nm并且不超过10nm，并且构成量子阱层63yb的半导体材料的能隙可设定为例如至少1.0eV并且不超过3.0eV0当量子阱层63yb设定为前述厚度时，归因于量子效应，量子阱层63yb的能隙变得比本体材料的能隙大。此外，该量子阱层63yb可使用与上述载流子选择性转移部12的量子阱层所用的半导体材料相似的材料。在其中量子阱层63yb由第IV族元素如Ge或Si或者第II1-V族化合物如GaSb、GaAsSb、GaInAs> InP、GaAs> AlGaAs> GalnP、AlAs或GaP构成的情况下，量子讲层63yb可通过气相生长法如MOCVD或MBE来制造。在其中量子阱层63yb由第I1-VI族化合物如CdTe、CdSe、ZnTe、CdS或ZnSe构成的情况下,量子讲层63yb可通过包括离子喷镀的真空沉积法、通过气相生长法如溅射或通过化学合成如溶胶-凝胶法或化学浴沉积来制造。或者，可如下来进行制造:在通过溶胶-凝胶法、溶剂热法等合成颗粒后，通过在有机溶剂中混合所述颗粒并使用涂布法如旋涂或浸涂或者印刷法如丝网印刷或喷墨印刷将所得混合物施加到待在其上形成量子阱层63yb的阻挡层63ya的表面上，然后进行退火处理。
[0165]出于与上面关于上述实施方案中的发光部61z和62z所提到的相同原因，发光部63z的厚度可设定为例如至少2nm并且不超过20nm,并且构成发光部63z的半导体材料的能隙可设定为例如至少1.0eV并且不超过3.0eV0该发光部63z可使用与上述载流子选择性转移部12的发光部所用的半导体材料相似的材料。在其中发光部63z由第IV族元素如Ge 或 Si 或者第 II1-V 族化合物如 GaSb, GaAsSb, GaInAs, InP、GaAs, AlGaAs, GalnP、AlAs或GaP构成的情况下，发光部63z可通过气相生长法如MOCVD或MBE来制造。在其中发光部63z由第I1-VI族化合物如CdTe、CdSe、ZnTe、CdS或ZnSe构成的情况下，发光部63z可通过包括离子喷镀的真空沉积法、通过气相生长法如溅射或通过化学合成如溶胶-凝胶法或化学浴沉积来制造。或者，可如下来进行制造:在通过溶胶-凝胶法、溶剂热法等合成颗粒后，通过在有机溶剂中混合所述颗粒并使用涂布法如旋涂或浸涂或者印刷法如丝网印刷或喷墨印刷将所得混合物施加到待在其上形成发光部63z的材料(包括阻挡层63ya)的表面上，然后进行退火处理。
[0166]在太阳能电池301的前述说明中，描述了其中多个层叠的层73相继布置的实施方案。然而，具有波长转换部63的本发明光电转换装置不限于此实施方案。本发明的光电转换装置还可以以其中波长转换部63设置在邻近于彼此的η层和ρ层之间的每一个界面处的形式实施。
[0167]η层71和ρ层72的能隙可设定为例如至少0.9eV并且不超过3.0eV0 η层71和P层72可使用与光电转换部40相似的材料。η层71和P层72的厚度可设定为约lOOnm。η层71和ρ层72可通过与光电转换部40的那些相似的方法来制造。
[0168]图8Α为示出了根据本发明的另一个实施方案的太阳能电池302的截面图。图8Α中的横向为光的行进方向。在图8Α中，示意性地示出了多个波长转换颗粒6lb、多个ρ-型材料56a和多个η-型材料56b。在图8A中，与上述太阳能电池300中的那些相似的要素以与图3中所用相同的附图标记表示，并且在下文酌情略去对这些要素的说明。
[0169]如图8A中所示，太阳能电池302具有η层59和ρ层57，并且还具有设置在η层59和ρ层57之间的混合p-n接合层56。表面电极24连接到η层59，背电极25连接到ρ层57。在混合p-n接合层56中，多个用作p_型半导体的p_型材料56a和多个用作η-型半导体的η-型材料56b在纳米级水平上混合并具有本体异质结结构，其中p-n接合界面分散在整个混合p-n接合层56中。另外，多个波长转换颗粒61b分散在混合p-n接合层56中。混合p-n接合层56内的至少一些ρ-型材料56a相互接触,并且一些p_型材料56a与P层57接触。同样,混合p-n接合层56内的至少一些η-型材料56b相互接触，并且一些η-型材料56b与η层59接触。在太阳能电池302中，构成η层59、ρ-型材料56a、n_型材料56b和ρ层57的半导体材料的能隙比在波长转换颗粒61b的发光部61z中生成的单色光的能量小约0.1eV0在太阳能电池302中，未被η层59、ρ-型材料56a、n_型材料56b或P层57吸收的光被波长转换颗粒61b吸收，而由波长转换颗粒61b中的发光部61z生成的单色光被η层59、ρ-型材料56a、η-型材料56b和ρ层57吸收。
[0170]当光落在太阳能电池302上时，光穿过η层59。未被η层59吸收的光到达波长转换颗粒61b。当光到达波长转换颗粒61b时，具有比载流子生成部61x的能隙大的能量的光被吸收，在载流子生成部61x中生成具有不同能量的电子和空穴。在所生成的电子和空穴中，那些具有对应于量子阱层61yb的导带或价带中形成的离散能级的能量的电子和空穴能够通过隧道传导经由量子阱层61yb中的离散能级到达发光部61z，并在发光部61z复合，成为单色光。在载流子生成部61x生成的电子中，具有与在量子阱层61yb的导带中形成的离散能级不同的能量的一些电子通过与在载流子生成部61x生成的其它电子进行相互能量转移而变得具有与量子阱层61yb的导带中形成的离散能级相同的能量。类似地，在载流子生成部61x生成的空穴中，具有与在量子阱层61yb的导带中形成的离散能级不同的能量的一些空穴通过与在载流子生成部61x生成的其它空穴进行相互能量转移而变得具有与量子阱层61yb的导带中形成的离散能级相同的能量。如此变得具有与在量子阱层61yb的导带和价带中形成的离散能级相同的能量的电子和空穴能够通过隧道传导经由量子阱层61yb的离散能级到达发光部61z并在发光部61z复合，成为单色光。
[0171]在发光部61z中生成的单色光被与波长转换颗粒61b —起存在于混合p-n接合层56内的ρ-型材料56a或η-型材料56b所吸收。构成ρ-型材料56a和η-型材料56b的半导体材料的能隙比在发光部61z中生成的单色光的能量低约0.1eV0因此，在发光部61z中生成的单色光被p-型材料56a或n-型材料56b所吸收,并且在p_型材料56a或n_型材料56b中生成电子和空穴。由于所述单色光的能量与构成p-型材料56a和n_型材料56b的半导体材料的能隙之间的差异仅为约0.1eV,因而如此生成的电子和空穴将通过由P-型材料56a和n-型材料56b的p-n结所形成的内部电场分离而基本没有能量损失，使得电子通过n-型材料56b移动到n层59并且被收集在连接到n层59的表面电极24处，而空穴通过P-型材料56a移动到p层57并且被收集在连接到p层57的背电极25处。
[0172]使用如此吸收光并收集电子和空穴的该太阳能电池302，可以大大扩展向电转换的过程中所利用的光的波长范围。此外，波长转换颗粒61b的一个目的在于允许在载流子生成部61x中生成的载流子在发光部61z复合；其无意于将生成的载流子直接提取到外部。因此，在波长转换颗粒61b中，和在使用量子结构的常规热载流子太阳能电池中不同，无需使载流子一直移动到电极，使得可以显著减少移动过程中的能量损失。特别地，通过控制载流子生成部61x的直径，并由此设定载流子从在载流子生成部61x中生成直至其到达载流子选择性转移部61y为止的移动长度为约IOnm以下，可以大大减少移动过程中的能量损失。此外，通过采用其中载流子生成部61x使用半导体材料的实施方案，与使用荧光材料的常规上转换太阳能电池相比，可以显著拓宽可用以生成载流子的光的波长范围。另外，在其中在波长转换颗粒61b中生成的单色光被P-型材料56a或n-型材料56b所吸收的太阳能电池302中，输入到P-型材料56a或n_型材料56b的光的能量是固定的。因此，通过对P-型材料56a或n-型材料56b使用具有对应于所述固定能量的能隙的半导体材料，将易于减少能量损失。因此，使用该太阳能电池302，也可以提高光电转换效率。同样在该太阳能电池302中，通过提高将光转换为单色光的波长转换颗粒61b的效率，易于提高光电转换效率。
[0173]在该太阳能电池302中，电子给体分子如聚己基噻吩(P3HT)、聚烷基噻吩(P3AT)和并五苯可用作p-型材料56a。可使p_型材料56a呈微粒、分子或聚合物形式。电子受体分子如富勒烯和富勒烯衍生物(PCBM)可用作n-型材料56b。可使n_型材料56b呈微粒、分子或聚合物形式。另外，n层59可由与n层51相似的材料构成，p层57可由与p层53相似的材料构成。
[0174]对混合p-n接合层56中包含的波长转换颗粒61b、p-型材料56a和n_型材料56b之间的混合比，不设特别的限制。重量比可设定如下:波长转换颗粒61b: p-型材料56a: n-型材料56b = 2:1:1。波长转换颗粒61b、p-型材料56a和n_型材料56b的混合比可在使得每个比例为0.1至10的范围内适当改变。
[0175]n层59和p层57的能隙可设定为例如至少0.9eV并且不超过3.0eV0 n层59和P层57可使用与上述光电转换部40所用的那些相似的材料。n层59和p层57的厚度可设定为例如约lOOnm，并且n层59和p层57可通过与上述光电转换部40所用的方法相似的方法来制造。
[0176]下面将描述制造如此构造的太阳能电池302的方法的实施方案。太阳能电池302的制造涉及首先在可用的衬底如玻璃或塑料上通过常规方法如气相沉积形成由金属材料如Al、Ag或Au或者透明导电膜如IT0、铝掺杂的氧化锌(AZO)或氟掺杂的氧化锡(FTO)制成的背电极25。接下来，通过方法如旋涂或浸涂将p层形成组合物施加到背电极25的表面上，所述P层形成组合物通过混合约I至10重量％的用于P层57的P-型半导体材料与有机溶剂(例如，二甲苯、氯仿、氯苯；下同)而制得。然后，使所施加的组合物在室温下保持数十分钟到约2小时的时间，或在约100°C的干燥炉中保持约10分钟，使得有机溶剂蒸发，从而形成P层57。一旦如此形成了 ρ层57，通过向有机溶剂中加入总量为约I至10重量％的波长转换颗粒61b、p-型材料56a和η-型材料56b来制备混合p-η接合层形成组合物。波长转换颗粒61b可通过上面描述的方法制备。接下来，通过方法如旋涂或浸涂将混合P-n接合层形成组合物施加到P层57的表面上。然后，使所施加的组合物在室温下保持数十分钟到约2小时的时间，或在约100°C的干燥炉中保持约10分钟，使得有机溶剂蒸发，从而形成混合P-n接合层56。一旦如此形成了混合p-n接合层56，通过常规方法如气相沉积在混合p-n接合层56的表面上形成由Zn0、Sn02、Ti02等构成的η层59。或者,通过方法如旋涂或浸涂将η层形成组合物施加到混合p-n接合层56的表面上，所述η层形成组合物通过混合约I至10重量％的用于η层59的η-型半导体材料与有机溶剂而制得。然后，使所施加的组合物在室温下保持数十分钟到约2小时的时间，或在约100°C的干燥炉中保持约10分钟，使得有机溶剂蒸发，从而形成η层59。一旦如此形成了 η层59，通过常规方法如真空沉积在η层59的表面上形成由梳形金属材料如Al、Ag或Au或者透明导电膜如氧化铟锡(ITO)、铝掺杂的氧化锌(AZO)和氟掺杂的氧化锡(FTO)构成的表面电极24。这是可用来制造太阳能电池302的一种方法。在太阳能电池302的制造过程中，干燥气氛优选惰性气体气氛如氮气或氩气。
[0177]图8B为示出了根据本发明的另一个实施方案的太阳能电池303的截面图。图8B中图平面的横向为光的行进方向。图8B示意性地示出了多根波长转换纤维62a、多个ρ-型材料56a和多个η-型材料56b。在图8B中，与上述太阳能电池302中的那些相似的要素以与图8A中所用相同的附图标记来表示，并且在下文酌情略去对这些要素的说明。
[0178]如图8B中所示，太阳能电池303具有η层59和ρ层57，并且还具有设置在η层59和P层57之间的混合p-n接合层58。ρ-型材料56a和η-型材料56b在混合p-η接合层58中在纳米级水平上混合并具有本体异质结结构，其中p-n接合界面分散在整个混合p-n接合层58中。另外，多根波长转换纤维62a分散在混合p-n接合层58中。混合p-n接合层58内的至少一些ρ-型材料56a相互接触,并且一些p_型材料56a与ρ层57接触。同样，混合p-n接合层58内的至少一些η-型材料56b相互接触,并且一些η-型材料56b与η层59接触。在太阳能电池303中，构成η层59、ρ-型材料56a、n_型材料56b和ρ层57的半导体材料的能隙比在波长转换纤维62a的发光部62ζ中生成的单色光的能量小约0.1eV0在太阳能电池303中，未被η层59、ρ-型材料56a、η-型材料56b或ρ层57吸收的光被波长转换纤维62a吸收，而由波长转换纤维62a的发光部62z生成的单色光被η层59、ρ-型材料56a、η-型材料56b和ρ层57吸收。也就是说，除分散的是波长转换纤维62a而不是波长转换颗粒61b外，该太阳能电池303具有与上述太阳能电池302相似的构造。
[0179]如上面所提到的，本实施方案的波长转换纤维62a，同前一实施方案的波长转换颗粒61b —样，能够生成单色光。因此，同在太阳能电池302的情况下一样，使用其中分散的是波长转换纤维62a而不是波长转换颗粒61b的本实施方案的太阳能电池303，也可以提高光电转换效率。同样，在该太阳能电池303中，通过提高将光转换为单色光的波长转换纤维62a的效率，易于提高光电转换效率。除使用波长转换纤维62a代替波长转换颗粒61b外，具有此类特征的本实施方案的太阳能电池303可通过与上述太阳能电池302的那些相似的方法来制造。
[0180]图9为示出波长转换颗粒61b、波长转换纤维62a和波长转换部63(这些在下文中有时统称为“波长转换材料”)的能带结构的图。下面将结合图4、5B、6和9描述波长转换材料的能带结构。
[0181]如图9中所示，波长转换材料在构成载流子生成部的半导体材料的导带的底部边缘的能量Ecl与价带的顶部边缘的能量Evl之间具有差异(能隙)Egl，并且在构成发光部的半导体材料的导带的底部边缘的能量Ec2与价带的顶部边缘的能量Ev2之间具有差异(能隙)Eg2。另外，构成载流子选择性转移部的材料(具体而言，构成量子阱层的半导体材料；下同)的导带中最低离散能级的能量为Ec3，同一材料的价带中最低离散能级的能量为Ev3，并且构成载流子选择性转移部的材料的能隙为Eg3。具有图9中所示能带结构的波长转换材料满足如下关系: [0182]Egl < Eg2 ^ Eg3
[0183]Ecl < Ec2 < Ec3
[0184]Ev3 ^ Ev2 ^ Evl
[0185]IL c3 — l:c2 = 0,05c V
[0186]|Ev2 - Ev3| = 0.05eVo
[0187]当光到达所述波长转换材料时，具有比载流子生成部的能隙Egl大的能量的光被吸收，并且在载流子生成部中生成具有不同能量的电子和空穴。在载流子选择性转移部的量子阱层形成离散能级，并且在载流子生成部中生成的电子和空穴经由这些离散能级移动到发光部。在载流子生成部中生成的电子中，那些具有对应于量子阱层的导带中最低离散能级Ec3的能量的电子以及那些因与其它电子进行能量转移而变得具有对应于该最低离散能级Ec3的能量的电子，通过隧道传导经由量子阱层的该离散能级到达发光部。同时，在载流子生成部中生成的空穴中，那些具有对应于量子阱层的价带中最低离散能级Ev3的能量的空穴以及那些因与其它空穴进行能量转移而变得具有对应于该最低离散能级Ev3的能量的空穴，通过隧道传导经由量子阱层的该离散能级到达发光部。如此移动到发光部的电子和空穴在发光部复合，成为具有能量Eg2的单色光。
[0188]在所述波长转换材料中，通过调节阻挡层和量子阱层的材料选择和组成以及还通过调节量子阱层的厚度，同样可以调节Ec3和Ev3。通过调节Ec3和Ev3，可以调节移动到发光部的电子和空穴的能量。此外，通过调节Ec3和Ev3以及还调节发光部的材料选择和组成，可以自由地调节单色光的能量Eg2。
[0189]在所述波长转换材料中，因为在量子阱层的导带和价带中形成离散能级，因而易于减少能量损失。此外，通过设定能级使得满足关系Ec3-Ec2= 0.05eV和|Ev2 - Ev3| = 0.05eV，易于减少在发光部中的能量损失。
[0190]图10为对应于图9的图，其示出了可用在本发明的波长转换部中的波长转换颗粒、波长转换纤维和具有多层膜结构的波长转换部(这些在下文中有时统称为“波长转换材料64”)的能带结构。
[0191]波长转换材料64从中心侧向外依次具有载流子生成部64x、载流子选择性转移部64y和发光部64z。载流子选择性转移部64y从载流子生成部64x侧向发光部64z侧具有阻挡层64ya、量子阱层64yb和阻挡层64ya。载流子生成部64x、载流子选择性转移部64y和发光部64z各自由半导体材料构成。在波长转换材料64中，构成载流子生成部64x的半导体材料的导带的底部边缘的能量Ec4与价带的顶部边缘的能量Ev4之间的差异(能隙)为Eg4，并且构成发光部64z的半导体材料的导带的底部边缘的能量Ec5与价带的顶部边缘的能量Ev5之间的差异(能隙)为Eg5。另外，构成量子阱层64yb的半导体材料的导带中最低离散能级的能量为Ec6，同一材料的价带的顶部边缘的能量为Ev6，并且构成量子阱层64yb的半导体材料的能隙为Eg6。波长转换材料64满足如下关系:
【权利要求】
1.一种光电转换装置，其特征在于，所述光电转换装置包括: 波长转换部，其吸收周边光以生成电子和空穴，并使所生成的电子和空穴复合以生成单色光；和 光电转换部，其具有p-n结或p-1-n结，吸收所述波长转换部中生成的所述单色光以生成电子和空穴，并分离和移动通过吸收所述单色光而生成的所述电子和空穴，其中所述波长转换部包括: 生成所述电子和空穴的载流子生成部； 生成所述单色光的发光部；和 载流子选择性转移部，其设置在所述载流子生成部和所述发光部之间并且将在所述载流子生成部中生成的所述电子和空穴中的其间具有特定能量差的电子和空穴移动到所述发光部。
2.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中: 所述波长转换部在所述周边光的行进方向上设置在所述光电转换部的上游侧上。
3.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中: 所述波长转换部在所述周边光的行进方向上设置在所述光电转换部的下游侧上，和 所述波长转换部还包括光反射部，所述光反射部将所述单色光反射向所述光电转换部侧。
4.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中: 所述波长转换部设置在所述光电转换部内。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光电转换装置，其中: 所述波长转换部包含波长转换颗粒，所述波长转换颗粒同心地从中心侧向外依次具有:所述载流子生成部、所述载流子选择性转移部和所述发光部。
6.根据权利要求5所述的光电转换装置，其中: 所述波长转换颗粒被分散并保持在所述波长转换部内包含的透明材料中，和所述透明材料为电绝缘材料和半导体材料中的至少之一，所述半导体材料具有比构成所述波长转换颗粒的所述载流子生成部的材料大的能隙。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的光电转换装置，其中: 所述波长转换部包含波长转换纤维，所述波长转换纤维同心地从中心侧向外依次具有:所述载流子生成部、所述载流子选择性转移部和所述发光部。
8.根据权利要求7所述的光电转换装置，其中: 所述波长转换纤维被分散并保持在所述波长转换部内包含的透明材料中，和所述透明材料为电绝缘材料和半导体材料中的至少之一，所述半导体材料具有比构成所述波长转换纤维的所述载流子生成部的材料大的能隙。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的光电转换装置，其中: 所述波长转换部包含波长转换膜，所述波长转换膜具有所述载流子生成部、所述载流子选择性转移部和所述发光部，所述载流子生成部、所述载流子选择性转移部和所述发光部层叠为使得所述载流子选择性转移部设置在所述载流子生成部和所述发光部之间。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的光电转换装置，其中: 所述p-n结具有其中P-型材料和η-型材料三维接合的位点。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的光电转换装置，其中，假定: Egl、Ecl和Evl分别为构成所述载流子生成部的材料的能隙、导带底和价带顶； Eg2、Ec2和Ev2分别为构成所述发光部的材料的能隙、导带底和价带顶；和 Eg3、Ec3和Ev3分别为构成所述载流子选择性转移部的材料的能隙、导带中最低离散能级的能量和价带中最低离散能级的能量，所述材料呈其中所述材料被引入所述波长转换部内的形状， 则满足如下关系:
Egl < Eg2 ( Eg3 ；
Ecl < Ec2 ( Ec3 ;和
Ev3 ^ Ev2 ^ Evl o
12.根据权利要求1至10中任一项所述的光电转换装置，其中，假定: Eg4、Ec4和Ev4分别为构成所述载流子生成部的材料的能隙、导带底和价带顶； Eg5、Ec5和Ev5分别为构成所述发光部的材料的能隙、导带底和价带顶；和 Eg6、Ec6和Ev6分别为构成所述载流子选择性转移部的材料的能隙、导带中最低离散能级的能量和价带中最低离散能级处的能量，所述材料呈其中所述材料被引入所述波长转换部内的形状， 则满足如下关系:
Eg4 < Eg5 ^ Eg6 ；
Ec4 < Ec5 ( Ec6 ;和
Ev4 ^ Ev6 ^ Ev50
13.根据权利要求1至12中任一项所述的光电转换装置，其中: 所述发光部的表面覆盖有绝缘体或具有比构成所述载流子生成部的材料大的能隙的半导体材料。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的光电转换装置，其中: 所述发光部包括: 一对第一半导体部，其由第一半导体构成；和 第二半导体部，其设置在所述一对第一半导体部之间，并由具有比所述第一半导体小的能隙的第二半导体构成。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的光电转换装置，其中: 所述载流子选择性转移部包括: 一对宽带隙半导体部，其由宽带隙半导体构成；和 窄带隙半导体部，其设置在所述一对宽带隙半导体部之间，并由具有比所述宽带隙半导体小的能隙的窄带隙半导体构成。
16.一种光电转换装置，其特征在于，所述光电转换装置包括: 波长转换部，其吸收周边光以生成电子和空穴，并使所生成的电子和空穴复合以生成单色光；和 光电转换部，其具有P_n结或p-1-n结，吸收所述波长转换部中生成的所述单色光以生成电子和空穴，并分离和移动通过吸收所述单色光而生成的所述电子和空穴，其中: 所述波长转换部包括:载流子生成部，其生成所述电子和空穴； 发光部，其将在所述载流子生成部中生成的所述电子和空穴中的其间具有特定能量差的电子和空穴移动到所述发光部自身，并通过使移动到所述发光部自身的所述电子和空穴复合来生成所述单色光；和 外侧材料部，其设置在所述发光部的外侧并由具有比构成所述发光部的材料大的能隙的材料构成。
17.根据权利要求16所述的光电转换装置，其中: 所述波长转换部在所述周边光的行进方向上设置在所述光转换部的上游侧上。
18.根据权利要求16所述的光电转换装置，其中: 所述波长转换部在所述周边光的行进方向上设置在所述光电转换部的下游侧上，和 所述波长转换部还包括光反射部，其将所述单色光反射向所述光电转换部侧。
19.根据权利要求16所述的光电转换装置，其中: 所述波长转换部设置在所述光电转换部内。
20.根据权利要求16至19中 任一项所述的光电转换装置，其中: 所述波长转换部包含波长转换颗粒，所述波长转换颗粒同心地从中心侧向外依次具有:所述载流子生成部、所述发光部和所述外侧材料部。
21.根据权利要求20所述的光电转换装置，其中: 所述波长转换颗粒被分散并保持在所述波长转换部内包含的透明材料中，和所述透明材料为电绝缘材料和半导体材料中的至少之一，所述半导体材料具有比构成所述波长转换颗粒的所述载流子生成部的材料大的能隙。
22.根据权利要求16至21中任一项所述的光电转换装置，其中: 所述波长转换部包含波长转换纤维，所述波长转换纤维同心地从中心侧向外依次具有:所述载流子生成部、所述发光部和所述外侧材料部。
23.根据权利要求22所述的光电转换装置，其中: 所述波长转换纤维被分散并保持在所述波长转换部内包含的透明材料中，和所述透明材料为电绝缘材料和半导体材料中的至少之一，所述半导体材料具有比构成所述波长转换纤维的所述载流子生成部的材料大的能隙。
24.根据权利要求16至23中任一项所述的光电转换装置，其中: 所述波长转换部包含波长转换膜，所述波长转换膜具有所述载流子生成部、所述发光部和所述外侧材料部，所述载流子生成部、所述发光部和所述外侧材料部层叠为使得所述发光部设置在所述载流子生成部和所述外侧材料部之间。
25.根据权利要求16至24中任一项所述的光电转换装置，其中: 所述p-n结具有其中P-型材料和η-型材料三维接合的位点。
26.根据权利要求16至25中任一项所述的光电转换装置，其中，假定: Eg7、Ec7和Ev7分别为构成所述载流子生成部的材料的能隙、导带底和价带顶； EgS, EcS和EvS分别为构成所述发光部的材料的能隙、导带中最低离散能级的能量和价带中最低离散能级的能量，所述材料呈其中所述材料被引入所述波长转换部内的形状，和 Eg9、Ec9和Ev9分别为构成所述外侧材料部的材料的能隙、导带底和价带顶，则满足如下关系:
Eg7 < Eg8 < Eg9 ；
Ec7 < Ec8 < Ec9 ;和
Ev9 < Ev8 < Ev70
27.根据权利要求16至26中任一项所述的光电转换装置，其中: 所述发光部包括: 一对宽带隙半导体部，其由宽带隙半导体构成；和 窄带隙半导体部，其设置在所述一对宽带隙半导体部之间，并由具有比所述宽带隙半导体小的能隙的窄带隙半导体构成。
【文档编号】H01L31/055GK103650164SQ201280033814
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年7月6日 优先权日:2011年7月7日
【发明者】长岛知理, 竹田康彦, 尼古拉斯·约翰·伊金斯-多克斯, 丹尼尔·詹姆斯·法雷尔 申请人:丰田自动车株式会社