CN101292366A - 由溶液加工制得的纳米晶体太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
一种光电设备，其具有第一电极层、设置在第一电极上的高电阻率透明膜、第二电极层以及设置在第一和第二电极层之间的无机光活性层，其中，所述无机光活性层被设置成至少部分地与高电阻率透明膜电接触，至少部分地与第二电极电接触。所述光活性层具有第一无机材料和与第一无机材料不同的第二无机材料，其中，所述第一和第二无机材料显示出II型带阶能量图，其中，所述光活性层具有第一无机材料的第一纳米结构群和第二无机材料的第二纳米结构群。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2005年10月20日提交的美国临时专利申请第60/728828号的优先权，该临时专利申请通过引用结合于此。
政府支持声明
本文描述和要求权利的发明部分是利用合同号DE-AC03-76SF00098下美国能源部资助的经费完成的。美国政府享有本发明的一些权利。
背景技术
技术领域
本发明涉及纳米晶体，更具体地，涉及由溶液处理的纳米晶体形成的光电池。
传统的光电技术作为与材料和加工过程相关的高成本的结果，十分昂贵。随着可以在溶液中处理的超薄设备结构和材料系统的出现，已经出现了可能大大削减太阳能转化成本的、基于聚合物的有机光电池。然而，有机材料具有吸收光谱有限、载流子迁移率低、长期稳定性差的问题。这些问题是获得商业可行设备效率的障碍。
由有机聚合物和无机纳米晶体组成的混合系统比常规的有机系统显示出性能上的提高。无机纳米晶体能加强半导体聚合物太阳能电池中的电子迁移。虽然这种混合系统与它们的有机对应物齐步发展，它们最终的局限性仍然是由有机相内部的低迁移率和有机相对环境的敏感性造成的。
关于以有机物为基础的太阳能电池，已经出现了一种描述以有机物为基础的太阳能电池相对于它们的常规无机对应物操作的模型。有机供体-受体(D-A)太阳能电池依靠用于分离强结合的激发子的II型异质结，强结合的激发子是有机系统的特性。这种光电系统的材料设计可以采用活性材料能带对准以便促进电荷迁移。迄今为止的例子仅限于具有至少一种活性有机成分的系统。
II型半导体纳米晶体异质结构的研究表明，有效的电荷迁移也可以发生在两种能级错开的无机成分之间。然而，人们必须制造出基于这种系统的实际设备，并以合适的稳定性和效率运行之。而且，最近的研究已经揭示了纳米晶体膜和有机分子半导体之间的一些相似之处。如同有机系统，纳米晶体膜显示出极低的载流子浓度和高陷阱密度，以及能在两种晶体之间迁移的约束激发。这些性质足以实现基于D-A模式的太阳能转化。
胶体无机纳米晶体具有有机物的所有主要的优点-可扩展和可控制的合成、溶液处理和对替代掺杂质的相对不敏感性-同时保留了传统光电半导体的宽带吸收和优良迁移的性质。目前还没有制造出专门依靠胶体纳米晶体的太阳能电池。很清楚，人们需要的是全部以无机纳米晶体为基础的高效和具有可靠稳定性的太阳能电池。
发明概述和最佳实施方式
本发明的实施方式针对以溶液处理的致密纳米晶体膜为基础的太阳能电池。所述纳米晶体膜不含有机材料。本发明的实施方式首先提出此概念并将此概念缩小为实际的以致密无机纳米晶体膜为基础的太阳能电池。本发明的太阳能电池技术利用供体-受体(D-A)、在两种不同的纳米晶体材料之间的II型异质结来促进电荷分离和实现能量转换。本文所述的一个示例性系统利用硒化镉(CdSe)/碲化镉(CdTe)纳米棒系统，但是在本发明的实施方式中可以使用各种形状的其它无机纳米晶体材料。
图1A显示了具有交错带和小带隙、也适用于制造纳米晶体设备的其它材料组合。其它合适的纳米晶体包括ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS以及其它材料的组合，这些其它材料诸如InP、InAs、HgTe、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InSb、Si、Ge、AlAs、A1Sb、PbSe、PbS和PbTe。
在本发明的一些实施方式中，太阳能电池具有混合结构。该混合结构是由同时含有受体和供体纳米晶体的溶液制成的。所述的结构包括大约100-200nm、夹在两个电极之间的致密膜。在一种实施方式中，电极使用比如铝和氧化钛铟(ITO)。
在本发明的其它实施方式中，太阳能电池具有双层结构。双层设备可以包括涂布了供体纳米晶体薄膜(约50nm)的玻璃/ITO基质，它的上面涂布了另一种受体纳米晶体薄膜；并具有热蒸发到受体纳米晶体膜上的铝后触点。下面描述了所述设备的进一步细节、它们的制造方法和它们的性质。
在制造光电设备中，纳米晶体是从过滤的吡啶溶液旋涂的(spin-cast)，在任何基材上产生致密压实的超薄的挠性膜。在图1B中，一张代表性的扫描电子显微图显示，常规的胶体纳米晶体的旋涂膜是均匀的，在大面积上无气孔。显示该约100nm厚的膜的边缘，以便与右下角的硅基板作比较。比例尺代表1μm。
根据本发明的实施方式，分别合成和制备棒状的CdSe(图2A)和CdTe(图2B)纳米晶体。Gur等在Science 310，5747，第462-465页(2005年10月)中和www.sciencemag.org/cgi/content/full/310/5747/462/DC1处的网上支持材料(通过引用包括于此)中描述了合成含有CdTe和CdSe的纳米晶体材料的方法。图2C中的示意能带图说明原型CdTe-CdSe(D-A)对的交错带对准。图2C中CdTe和CdSe的价带水平和导带水平说明在两种材料间形成II型电荷迁移接合(junction)。采用有效质量近似，大多数(bulk)能级被改变以产生量子局限。CdSe和CdTe棒的价带顶边(valence band edge)的计算值分别是-4.79eV和-4.12eV。CdSe和CdTe棒的导带底边(conduction band edge)的计算值分别是-6.64eV和-5.85eV。
在一种示例性方法中，同时含有CdSe和CdTe纳米晶体的高浓度溶液可用于制造图2D中显示的混合结构的设备。在一种实施方式中，纳米晶体膜是以约1500-2000rpm的转速旋涂到玻璃基板上形成的，该玻璃基板上涂布了约150nm的氧化铟锡(ITO)并通过原子层沉积法沉积了约2
(0.2nm)的氧化铝(Al2O3)高电阻率透明层。然后以1500rpm的转速将CdCl2的甲醇饱和溶液旋涂到样品上，将样品在400℃下在氧气中加热约15分钟。之后，使样品保持在10-6torr下过夜。以通过阴影罩的热蒸发作用沉积上电极，形成具有约0.03cm2标称活性面积的单个设备。
在另一种实施方式中，使用与根据图2D描述的方法相似的方法来制造在界面上混合最小的优质双层设备。通过依次在涂布了ITO的玻璃上旋涂CdTe和CdSe膜来制造平面D-A异质结。热沉淀铝可以用作反射性的上触点。在旋涂CdTe膜后，样品在约200℃下退火15分钟以便除去残留的溶剂，然后进行下一步的CdSe膜沉积。为了进行烧结，以1500rpm的转速将氯化镉(CdCl2)的甲醇饱和溶液旋涂到双层样品上，之后在约400℃下在氧气中对样品加热15分钟。
图3A-3C显示了在同样的放大率下烧结和未烧结的膜的SEM图像。图3A显示了典型的旋涂的未烧结的膜。该膜是均匀的并且无瑕疵。显示了100nm厚膜的膜边缘以便与右边的硅基质形成比较。图3B显示了曾曝露在CdCl2中且在约400℃下在空气中烘烤15分钟的CdTe膜。图3C显示了曾曝露在CdCl2中且在约400℃下在空气中烘烤15分钟的CdSe膜。从图3B和3C中可看出，这些膜在烧结时经历了重结晶和晶粒生长。应该指出，当这些膜在烧结时没有曝露在CdCl2和空气时，不会观察到图3B和3C中显示的膜表面形态。
图4A显示根据本发明的一种实施方式，用于电子设备的示例性双层结构400的示意图。设备400具有第一透明电极410，它可以由诸如ITO之类的材料制成。还有第二电极420，它可以由诸如铝之类的导电材料制成。在一些配置中，第二电极420由反射金属制成。与第一电极410相邻的是高电阻率透明(HRT)膜或缓冲层430，诸如氧化铝(Al2O3)。在膜430和第二电极420之间设置有能用作为供体的第一层活性半导体材料440和能用作受体的第二层活性半导体材料450。在一个实施例中，供体半导体材料440是CdTe纳米晶体膜，受体半导体材料450是CdSe纳米晶体膜。图4B是对应于图4A的设备400的能带隙图。CdTe和CdSe纳米晶体膜都在烧结前用CdCl2预处理。
图4C显示根据本发明的一种实施方式，用于电子设备的示例性混合结构405的示意图。设备405具有第一透明电极415，它可以由诸如ITO之类的材料制成。还有第二电极425，它可以由诸如铝之类的导电材料制成。在一些配置中，第二电极425由反射金属制成。在一种配置中，具有高电阻率透明膜或缓冲膜435，诸如与第一电极415相邻的Al2O3。在膜435和第二电极425之间设置有活性半导体材料层445，它包括供体和受体纳米晶体的混合物。图4D是对应于图4B的设备405的能带隙图。CdTe/CdSe纳米晶体混合膜在烧结前用CdCl2预处理。
图5A显示烧结后常规双层设备的规范化光作用图谱。烧结的设备(实线)与未烧结的设备(虚线)相比具有很宽的光谱响应和较高的外量子效率(接近70％)。烧结的CdTe/CdSe双层电池的光响应反映为活性层光电导率的急剧上升。如所期望的，烧结设备的光谱反映光电流对大部分吸收边带有很强的红移。在一个实施例中，作为最大电流量度的短路电流(Isc)是11.6mA/cm2，作为最大输出电压量度的开路电压(Voc)是0.40V，填充系数(FF)是0.45。所得的太阳能电池在模拟AM 1.5G照明下显示出2.1％的能量转换效率。
图5B显示了烧结前(虚线)和烧结后(实线)常规双层设备的电流-电压(I-V)特性，是在模拟1个日照(one-sun)AM 1.5G照明下测量的。烧结的电池显示，光电流增加了多个数量级，而开路电压基本保持不变。在一个实施例中，烧结膜的Voc约为0.41V，Isc约是11.6mA/cm2。未烧结膜的特征Voc是约0.40，Isc是约0.58mA/cm2。而且，增加的Voc和Isc特性导致烧结膜的能量转换效率(PCE)是2.1％，相比之下，未烧结膜的PCE是0.1％。这意味着在烧结和未烧结设备中电荷提取(charge extraction)的驱动力是相同的。
如图5A和5B中的结果所示，可以通过对晶体退火和烧结，使紧密压实的纳米晶体阵列中固有的高表面陷阱面积最小化，以及促进载流子在设备中的迁移。在一种实施方式中，使纳米晶体膜曝露于CdCl2的甲醇饱和溶液中，并在400℃下在空气中退火15分钟。烧结后，CdSe和CdTe膜在黑暗中保持绝缘，但是它们的光导电率提高约两个数量级。烧结过程似乎加强了载流子迁移，但是看来没有导致严重的掺杂作用。
通过改变简单的系统参数，诸如电极材料，烧结的纳米晶体电池可以获得更高的效率。图5C显示根据本发明的一种实施方式，具有用铝遮盖(cap)的钙上触点的设备的I-V性质。在一种配置中，上触点具有用80nm铝遮盖的20nm钙。具有Ca/Al上触点的设备的能量转换效率高达2.9％(AM1.5G)，Isc是13.2mA/cm2，Voc是0.45V，FF是0.49。
图6A显示典型双层电池(ITO/100nm CdTe/100nm CdSe/Al)的规范化光电流光谱响应(粗线)和CdTe(虚线)和CdSe(细线)纳米晶体的溶液相吸收光谱。光作用光谱反映了红CdTe吸收边和突出的CdSe激发子峰，表明这两种成分都对光电流有贡献。
在图6B中显示了黑暗中(虚线)和在模拟1个日照AM1.5G光照下(粗线)双层设备的电流-电压性质。设备在黑暗中和光照下都显示出强的光响应和二极管整流。设备表现为具有相当数量光电响应的整流二极管。照明使设备电导率提高三个数量级以上。而且，这种代表性电池表现出相当数量的光电效应，其短路电流(Isc)是0.58mA/cm2，开路电压(Voc)是0.41V，填充系数(FF)是0.40。
为了更好地认识在促进光电能量转换过程中电荷迁移的性质，将仅由一种纳米晶体材料的薄膜制成的设备与在两类晶体间含有电荷迁移接面的电池作比较。所述设备具有可匹敌的约100nm厚的活性材料厚度和可匹敌的全光谱光密度。
图6C比较了单类纳米晶体电池、混合电池和双层电池在低密度照明(约5×10-2mW/cm2)下收集的外量子效率(EQE)光谱。直接比较单CdTe(细实线)、单CdSe(细虚线)、CdTe/CdSe双层(粗实线)和混合(粗虚线)设备的外量子效率表明，仅仅由于设备中存在电荷迁移界面，载流子的产生和拉出大大加强了。这种比较用于说明电荷迁移在产生光电流中的作用。
正如有机系统中出现的情况，界面上电子和空穴的分离加强了电荷拉出的扩散驱动力而减少了激发子复合(recombination)的可能性。同样，由密切混合的CdTe和CdSe纳米晶体混合物组成的设备比单材料电池显示出更高的量子效率，进一步证明本发明设备的光作用是基于D-A接面而不是常规的平面p-n结。
图6C中也比较了在模拟AM1.5G照明下测量的设备I-V性质。如上所述，基于异质结双层的电池(粗实线)显示出具有强整流的优良二极管性能。通过比较，仅由CdTe(细实线)或仅由CdSe(细虚线)组成的设备的I-V性质都没有显示出相当数量的整流。因此可以推断，在双层中观察到的光电效应不是与任何一种材料的肖特基(Schottky)接触的结果，而是由于故意的异质结。由CdSe和CdTe纳米晶体的密切混合物(粗虚线)组成的设备比双层设备显示出更小的短路电流，尽管在图6C中显示它们的EQE相当。这可以归功于这两种测量过程的照明条件不同。由于仪器的限制，在接近比I-V比较中使用的模拟100mW/cm2 AM1.5G条件低四个数量级的光照条件下测量光谱响应曲线。混合设备中增加的泄漏量和复合可能造成了这种矛盾。
在本发明的实施方式中描述的太阳能电池可与常规薄膜异质结太阳能电池区分开。常规半导体太阳能电池依靠主体p-和n-掺杂材料之间的接面来形成内建电场，然后该内建电场担任少数载流子拉出的主要驱动力。与有机半导体相似，胶体纳米晶体以极其有限的自由载流子浓度为特征。实际上，人们已经发现在没有照明时三维的CdSe胶体阵列基本上不含自由载流子。这样，在纳米晶体太阳能电池中除去接面的创意是极其不可能的。
而且，CdSe和CdTe膜在黑暗中是电绝缘的。通过两个铝电极之间的1mm间隙测量表面导电性得到线性I-V曲线，从该曲线上可以获得玻璃基板上任何一面材料膜的超过500GΩ/m2(该数值受到测量仪器的限制)的薄层电阻。使膜曝露在1.00mW/cm2的全日照辐射中会引起电导率的急剧上升。光照下的薄层电阻(现在是可测量的)下降至少一个数量级。同样，光照使设备本身的电导率提高三个数量级以上(图6B)。这种强烈的光导效应说明，这些材料像它们的有机对应物一样，在黑暗中具有极其有限量的非捕获载流子，比采用带混合的材料更具有硬性能带模型的特征。
尽管不希望受到任何特定理论的限制，这些有效地非掺杂活性材料意味着基于供体-受体电荷迁移的光电转换机制。探测CdTe/CdSe接面的光激发经历了强劲的电荷转移驱动力，空穴在CdTe中发现了更低的能态，电子在CdSe中发现了更低的能态。载流子拉出不是通过由替代掺杂物的耗尽区域产生的内建电场驱动的，而可能主要是由直接的扩散所驱动，如II型异质结所示。在吸附和电荷转移后，CdTe中大多数的空穴易于扩散到ITO中，但是被阻止通过CdSe朝着A1电极移动。同样，CdSe中大多数电子仅能朝着A1扩散，而不通过CdTe向ITO扩散。很受欢迎的金属-绝缘体-金属模型为载流子拉出提供了附加驱动力，在该模型中不同功函数的电极平衡以在电介质活性材料上形成电场。
排除了常规p-n或肖特基接面的存在，相信双层纳米晶体电池是以有机设备典型的扩散辅助D-A异质结方式运行的。然而，纳米晶体太阳能电池的几种性质将其与以有机物为基础的等同物区分开。最有效的有机太阳能电池是以分散异质结为基础的，但是基于供体和受体纳米晶体的简单混合物的设备(图6D)既没有对光电压整流也没有产生相当数量的光电压。与有机系统相比，普通的电极不易于对供体或受体纳米晶体形成选择性接触。可以将电子和空穴注入任何一种材料中，以便混合电池在正向偏压和逆向偏压中通过电流。
在本发明的实施方式中纳米晶体电池的其它基本不同之处对这些设备的性能有直接的后果。尽管在有机系统中可能需要异质结以便高效地由激发子产生自由电荷，本文描述的基于纳米晶体的设备却不是这样。具有高长宽比的棒状纳米晶体沿棒的长度显示很少的限制(confinement)。因此激发子能在该方向扩散，在整个纳米晶体膜上产生自由的载流子。在有机系统中，仅当原本紧密结合的激发子通过D-A接面分离时才产生自由载流子。
伴有滞留在供体和受体材料中的自由电子和空穴，在本发明的纳米晶体系统中载流子对复合更敏感。复合与纳米晶体上的大密度表面形态组合，承担在载流子通过膜时捕获载流子。的确，与由有机半导体制成的类似设备相比，在一些纳米晶体电池的低量子效率中观察到有害的复合损失。
功率输出是电流乘以电压的产物。图7A显示了双层带缓冲(buffered)设备(虚线)和不带(non-buffered)缓冲设备(实线)的电流-电压曲线。带缓冲的设备的功率输出(Voc和Isc的乘积)更大。虽然加入HRT缓冲层导致电压增加，但是如果该缓冲层太厚，电流就减小，所得的功率输出也减小。可以为无机纳米晶体光电池选择新型HRT缓冲层的厚度以便使其功率输出最大化。图7B显示具有三种不同厚度的HRT缓冲层的设备的I-V曲线：1
(0.1nm)Al2O3(短划线)，2
(0.2nm)Al2O3(实线)，3
(0.3nm)Al2O3(虚线)。HRT层厚度是2
(0.2nm)的功率输出是最大的，因为它产生最大的Voc和Isc乘积。图7B也显示，1
层太薄导致部分分流效应和Voc减少，3
层(0.2nm)太厚导致Isc减小。使用这种技术可以为不同的光电池选择其它厚度。
根据本发明的实施方式，无机纳米晶体太阳能电池的其它显著性质是，无论是否烧结，不像以有机物为基础的设备，该电池都不对光氧化作用显示强敏感性；实际上，老化似乎提高而不是有害于它们的性能。众所周知，有机或有机纳米晶体光电池被封装起来以避免曝露在空气中带来的不利影响。
图8显示了在开路曝露于环境气氛中之前(实线)和之后(虚线)处于空气中并照射13000小时的示例性烧结设备的AM1.5G全日照行为。电池显示短路电流仅下降1.4％，而填充系数上升4.4％，开路电压上升超过10％。总之，空气老化导致效率增加13.6％。图9是电流密度对时间(小时)的图表，显示根据本发明实施方式的纳米晶体太阳能电池的光线浸泡(light-soaking)实验的结果。在无封装情况下，在模拟AM1.5G光照下短路14小时后，光电流的退化小于2％。这些现象帮助说明本系统比其有机对应物更坚固。
根据本发明实施方式的设备提供完全以胶体半导体纳米晶体为基础的太阳能电池。它们是超薄的、溶液处理的、在环境中稳定的。具有反应半导体聚合物基本性质的致密纳米晶体膜，这些电池用作新型扩散辅助供体-受体异质结。我们发现烧结能提高这些设备的性能，使空气稳定的能量转换效率高达2.9％。本发明的纳米晶体太阳能电池能实现稳定的、低成本的太阳能转换。
附图简要说明
图1A是CdTe和CdSe以及ZnS、ZnSe、ZnTe和CdS组合的价带和导带水平的能量图。
图1B是胶体纳米晶体的示例性旋涂膜的扫描电子显微图；显示该约100nm膜的膜边缘以便与硅基板形成比较。
图2A是用于本发明的光电池的膜的一种实施方式的CdSe纳米晶体的透射电子显微图(TEM)。
图2B是用于本发明的光电池的膜的一种实施方式的CdTe纳米晶体的透射电子显微图。
图2C是CdTe和CdSe的价带和导带水平的能量图。
图2D是显示一种合成和制造本发明设备的方法的实施方式的示例图。
图3A是未烧结的纳米晶体膜的扫描电子显微图像。
图3B是曝露于CdCl2的烧结CdTe膜的扫描电子显微图像。
图3C是是曝露于CdCl2的烧结CdSe膜的扫描电子显微图像。
图4A是显示本发明通用设备结构的一种实施方式的示例图。
图4B是对应于图4A设备的带隙能量图。
图4C是显示本发明通用设备结构的一种替代实施方式的示例图。
图4D是是对应于图4C设备的带隙能量图。
图5A是烧结膜与未烧结膜比较的外量子效率与波长的关系图。
图5B是烧结膜与未烧结膜比较的电流密度与电压的关系图。
图5C显示根据本发明实施方式的具有用铝遮盖的钙上触点的设备的I-V性质。
图6A是根据本发明实施方式的ITO/100nm CdTe/100nm CdSe/Al双层设备的规范化光电流光谱响应图。
图6B是图6A设备的电流-电压特性图。
图6C是各种设备在低强度光照(约5×10-2mW/cm2)下收集的外量子效率光谱的比较图。
图6D是与图6C中相同的设备在模拟AM1.5G光照下收集的电流-电压特性比较图。
图7A显示了双层带缓冲的设备(虚线)和不带缓冲的设备(实线)的电流-电压曲线。
图7B显示了三种HRT缓冲层厚度不同的设备的I-V曲线：1
(0.1nm)Al2O3(短划线)、2
(0.2nm)Al2O3(实线)、3
(0.3nm)Al2O3(虚线)。
图8显示了典型烧结双层设备在开路下先曝露于空气中(实线)和曝露于环境气氛和光照13000小时后，在模拟1个日晒AM1.5G光照下的电流-电压行为。
图9是电流密度与时间(小时)的关系图，是本发明实施方式的无机纳米晶体光电池的总体光照强度的变化示例。
工业适用性传统光电技术作为与材料和加工有关的高成本的结果，是十分昂贵的。伴随超薄设备结构和可在溶液中处理的材料系统的出现，出现了具有能大大减少太阳能转换成本潜力的、以聚合物为基础的有机光电池。然而，有机材料具有光谱吸收有限、载流子迁移率低、长期稳定性差的问题。这些问题是获得商业可生存设备效率的障碍。
胶体无机纳米晶体具有有机物的全部主要优点-可扩展和可控制合成、溶液处理和对替代掺杂剂的较不敏感性-同时保留了传统光电半导体的宽带吸收和优良迁移的性质。一种专门依靠胶体纳米晶体并具有良好效率和可靠稳定性的太阳能电池将有助于打破与廉价光电设备的广泛商业化有关的障碍。
正如本领域熟练的技术人员将会明白地，本发明可以被具体化为其它特定的形式，而不会脱离其基本特征。比如，供体-受体活性层可以采取双层或混合的形式。而且，非透明的电极可以由任何合适的导电材料制成。我们希望这些其它实施方式包括在所附权利要求中叙述的本发明的范围内。
Claims (23)
1.一种光电设备，其包括：
第一电极层；
设置在第一电极上的高电阻率透明膜；
第二电极层；和
设置在第一和第二电极层之间的无机光活性层，其中，所述无机光活性层被设置成至少部分地与高电阻率透明膜电接触且至少部分地与第二电极电接触；
其中，所述光活性层包含第一无机材料和与第一无机材料不同的第二无机材料，其中，所述第一和第二无机材料显示出II型带阶能量图，其中，所述光活性层包含第一无机材料的第一纳米结构群和第二无机材料的第二纳米结构群。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一纳米结构群包含纳米棒。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第二纳米结构群包含纳米棒。
4.如权利要求1所述的光电设备，其特征在于，至少一部分的所述纳米结构包含选自下组的材料：第II-VI族、第III-V族和第I-V族半导体和它们的合金。
5.如权利要求1所述的光电设备，其特征在于。所述纳米结构群包含纳米棒，该纳米棒包含选自下组的材料：CdSe、CdTe、InP、InAs、CdS、ZnS、ZnSc、ZnTc、HgTc、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InSb、Si、Gc、AlAs、AlSb、PbSe、PbS、PbTe和它们的组合。
6.如权利要求1所述的光电设备，其特征在于，所述纳米棒群包含第一无机材料核和第二无机材料壳。
7.如权利要求6所述的光电设备，其特征在于。所述核包含CdSe，所述壳包含CdTe。
8.如权利要求6所述的光电设备，其特征在于，所述核包含InP，所述壳包含GaAs。
9.如权利要求1所述的光电设备，其特征在于，所述第一和第二电极中的至少一个电极包含透明导电层。
10.如权利要求1所述的光电设备，其特征在于，所述第一和第二电极中的至少一个电极包含反射金属。
11.如权利要求11所述的光电设备，其特征在于，所述反射金属包含铝、钙、镍或铜。
12.如权利要求1所述的光电设备，其特征在于，所述高电阻率透明膜包含氧化铝。
13.如权利要求12所述的光电设备，其特征在于，所述氧化铝通过原子层沉积法沉积。
14.如权利要求1所述的光电设备，其特征在于，使所述高电阻率透明膜形成所需的尺寸以便从光电设备得到最大的功率输出。
15.如权利要求1所述的光电设备，其特征在于，所述无机光活性层是烧结层。
16.如权利要求15所述的光电设备，其特征在于，所述烧结层被烧结时经历晶粒生长。
17.如权利要求15所述的光电设备，其特征在于，所述烧结层被烧结时经历重结晶和晶粒生长。
18.如权利要求15所述的光电设备，其特征在于，所述烧结层是通过将无机光活性层曝露在氯化镉中、然后在较高的温度下在空气中加热曾曝露于氯化镉中的层而形成的。
19.如权利要求18所述的光电设备，其特征在于，加热操作在约400℃进行大约15分钟。
20.如权利要求1所述的光电设备，其特征在于，在没有封装层时其对空气是稳定的。
21.一种形成纳米晶体膜的方法，其包括：
a.提供含有纳米晶体的浓溶液；
b.将所述溶液旋涂到基材上，形成生膜；
c.将CdCl2的甲醇饱和溶液旋涂到所述生膜上；
d.在氧气中将生膜加热到约400℃；
e.使膜和基材保持在约10-6托下。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述浓溶液含有包含至少两种不同材料的纳米晶体。
23.一种形成双层纳米晶体膜的方法，该方法包括：
a.提供含有第一类材料的纳米晶体的第一浓溶液；
b.将第一溶液旋涂到基材上，形成单层生膜；
c.提供含有第二类材料的纳米晶体的第二浓溶液；
d.将第二溶液旋涂到基材上，形成双层生膜；
e.将CdCl2的甲醇饱和溶液旋涂到双层生膜上；
f.在氧气中将所述双层生膜加热到约400℃；
g.使所述膜和基材保持在约10-6托下。
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