光电转换装置

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)。

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(10；30；55；61；62；63；65；66)，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(20；40；52)，其具有p-n结或p-i-n结，吸收所述波长转换部(10；30；55；

61；62；63；65；66)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(10；30；55；61；62；63；65；66)包括：生成所述电子和空穴的载流子生成部(61x；62x；63x；64x)；

生成所述单色光的发光部(61z；62z；63z；64z；66z)；和载流子选择性转移部(61y；62y；63y；64y)，其设置在所述载流子生成部(61x；62x；

63x；64x)和所述发光部(61z；62z；63z；64z；66z)之间并且将在所述载流子生成部(61x；

62x；63x；64x)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(61z；62z；63z；64z；66z)，并且其中，假定Eg1为构成所述载流子生成部(61x；62x；63x；64x)的材料的能隙；Eg2为构成所述发光部(61z；62z；63z；64z；66z)的材料的能隙；并且Eg3为构成所述载流子选择性转移部(61y；62y；63y；64y)的材料的能隙，构成载流子选择性转移部的所述材料呈其被引入所述波长转换部(10；30；55；61；62；63；65；66)内的形状，则满足如下关系：Eg1

其中所述波长转换部(61；65；66)包含波长转换颗粒(61b)，所述波长转换颗粒(61b)同心地从中心侧向外依次具有：所述载流子生成部(61x；64x)、所述载流子选择性转移部(61y；64y)和所述发光部(61z；64z；66z)。

2.一种光电转换装置，其特征在于，所述光电转换装置包括：波长转换部(10；30；55；61；62；63；65；66)，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(20；40；52)，其具有p-n结或p-i-n结，吸收所述波长转换部(10；30；55；

61；62；63；65；66)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(10；30；55；61；62；63；65；66)包括：生成所述电子和空穴的载流子生成部(61x；62x；63x；64x)；

生成所述单色光的发光部(61z；62z；63z；64z；66z)；和载流子选择性转移部(61y；62y；63y；64y)，其设置在所述载流子生成部(61x；62x；

63x；64x)和所述发光部(61z；62z；63z；64z；66z)之间并且将在所述载流子生成部(61x；

62x；63x；64x)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(61z；62z；63z；64z；66z)，并且其中，假定Eg1为构成所述载流子生成部(61x；62x；63x；64x)的材料的能隙；Eg2为构成所述发光部(61z；62z；63z；64z；66z)的材料的能隙；并且Eg3为构成所述载流子选择性转移部(61y；62y；63y；64y)的材料的能隙，构成载流子选择性转移部的所述材料呈其被引入所述波长转换部(10；30；55；61；62；63；65；66)内的形状，则满足如下关系：Eg1

其中所述波长转换部(62；65)包含波长转换纤维(62a)，所述波长转换纤维(62a)同心地从中心侧向外依次具有：所述载流子生成部(62x；64x)、所述载流子选择性转移部(62y；64y)和所述发光部(62z；64z)。

3.根据权利要求1或2所述的光电转换装置，其中：

所述波长转换部(10)在所述周边光的行进方向上设置在所述光电转换部(20)的上游侧上。

4.根据权利要求1或2所述的光电转换装置，其中：

所述波长转换部(30)在所述周边光的行进方向上设置在所述光电转换部(40)的下游侧上，和所述波长转换部(30)还包括光反射部(34)，所述光反射部(34)将所述单色光反射向所述光电转换部(30)侧。

5.根据权利要求1或2所述的光电转换装置，其中：

所述波长转换部(55)设置在所述光电转换部(52)内。

6.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中：

所述波长转换颗粒(61b)被分散并保持在所述波长转换部(61)内包含的透明材料(61a)中，和所述透明材料(61a)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(61b)的所述载流子生成部(61x)的材料大的能隙。

7.根据权利要求2所述的光电转换装置，其中：

所述波长转换纤维(62a)被分散并保持在所述波长转换部(62)内包含的透明材料(61a)中，和所述透明材料(61a)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(62a)的所述载流子生成部(62x)的材料大的能隙。

8.根据权利要求1或2所述的光电转换装置，其中：

所述波长转换部(63)包含波长转换膜，所述波长转换膜具有所述载流子生成部(63x)、所述载流子选择性转移部(63y)和所述发光部(63z)，所述载流子生成部(63x)、所述载流子选择性转移部(63y)和所述发光部(63z)层叠为使得所述载流子选择性转移部(63y)设置在所述载流子生成部(63x)和所述发光部(63z)之间。

9.根据权利要求1或2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n-型材料三维接合的位点。

10.根据权利要求1或2所述的光电转换装置，其中，假定：Ec1和Ev1分别为构成所述载流子生成部(61x；62x；63x)的所述材料的导带底和价带顶；

Ec2和Ev2分别为构成所述发光部(61z；62z；63z)的所述材料的导带底和价带顶；和Ec3和Ev3分别为构成所述载流子选择性转移部(61y；62y；63y)的所述材料的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，构成载流子选择性转移部的所述材料呈其被引入所述波长转换部(61；62；63)内的所述形状，则满足如下关系：

Ec1

Ev3≤Ev2≤Ev1。

11.根据权利要求1或2所述的光电转换装置，其中，假定：Ec4和Ev4分别为构成所述载流子生成部(64x)的所述材料的导带底和价带顶；

Ec5和Ev5分别为构成所述发光部(64z)的所述材料的导带底和价带顶；和Ec6和Ev6分别为构成所述载流子选择性转移部(64y)的所述材料的导带中最低离散能级的能量和价带顶，构成载流子选择性转移部的所述材料呈其被引入所述波长转换部内的所述形状，则满足如下关系：

Ec4

Ev4≤Ev6≤Ev5。

12.根据权利要求1或2所述的光电转换装置，其中：所述发光部(61z)的表面覆盖有绝缘体(65i)或具有比构成所述载流子生成部(61x)的材料大的能隙的半导体材料。

13.根据权利要求1或2所述的光电转换装置，其中：所述发光部(66z)包括：

一对第一半导体部(66za)，其由第一半导体构成；和第二半导体部(66zb)，其设置在所述一对第一半导体部(66za)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。

14.根据权利要求1或2所述的光电转换装置，其中：所述载流子选择性转移部(61y；62y；63y；64y)包括：一对宽带隙半导体部(61ya；62ya；63ya；64ya)，其由宽带隙半导体构成；和窄带隙半导体部(61yb；62yb；63yb；64yb)，其设置在所述一对宽带隙半导体部(61ya；

62ya；63ya；64ya)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。

15.一种光电转换装置，其特征在于，所述光电转换装置包括：波长转换部(10；30；55)，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(20；40；52)，其具有p-n结或p-i-n结，吸收所述波长转换部(10；30；55)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(10；30；55)包括：

载流子生成部(67x)，其生成所述电子和空穴；

发光部(67y)，其将在所述载流子生成部(67x)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(67y)自身，并通过使移动到所述发光部(67y)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(67s)，其设置在所述发光部(67y)的外侧并由具有比构成所述发光部(67y)的材料大的能隙的材料构成，并且其中，假定Eg7为构成所述载流子生成部(67x)的材料的能隙；Eg8为构成所述发光部(67y)的材料的能隙，构成发光部的所述材料呈其被引入所述波长转换部内的形状；并且Eg9为构成所述外侧材料部(67s)的材料的能隙，则满足如下关系：Eg7

其中所述波长转换部包含波长转换颗粒(67)，所述波长转换颗粒(67)同心地从中心侧向外依次具有：所述载流子生成部(67x)、所述发光部(67y)和所述外侧材料部(67s)。

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(10；30；55)，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(20；40；52)，其具有p-n结或p-i-n结，吸收所述波长转换部(10；30；55)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(10；30；55)包括：

载流子生成部(67x)，其生成所述电子和空穴；

发光部(67y)，其将在所述载流子生成部(67x)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(67y)自身，并通过使移动到所述发光部(67y)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(67s)，其设置在所述发光部(67y)的外侧并由具有比构成所述发光部(67y)的材料大的能隙的材料构成，并且其中，假定Eg7为构成所述载流子生成部(67x)的材料的能隙；Eg8为构成所述发光部(67y)的材料的能隙，构成发光部的所述材料呈其被引入所述波长转换部内的形状；并且Eg9为构成所述外侧材料部(67s)的材料的能隙，则满足如下关系：Eg7

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。

17.根据权利要求15或16所述的光电转换装置，其中：所述波长转换部(10)在所述周边光的行进方向上设置在所述光电转换部(20)的上游侧上。

18.根据权利要求15或16所述的光电转换装置，其中：所述波长转换部(30)在所述周边光的行进方向上设置在所述光电转换部(40)的下游侧上，和所述波长转换部(30)还包括光反射部(34)，其将所述单色光反射向所述光电转换部(40)侧。

19.根据权利要求15或16所述的光电转换装置，其中：所述波长转换部(55)设置在所述光电转换部(52)内。

20.根据权利要求15所述的光电转换装置，其中：

所述波长转换颗粒(67)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(67)的所述载流子生成部(67x)的材料大的能隙。

21.根据权利要求16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。

22.根据权利要求15或16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。

23.根据权利要求15或16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n-型材料三维接合的位点。

24.根据权利要求15或16所述的光电转换装置，其中，假定：Ec7和Ev7分别为构成所述载流子生成部(67x)的所述材料的导带底和价带顶；

Ec8和Ev8分别为构成所述发光部(67y)的所述材料的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，构成发光部的所述材料呈其被引入所述波长转换部内的所述形状，和Ec9和Ev9分别为构成所述外侧材料部(67s)的所述材料的导带底和价带顶，则满足如下关系：Ec7

Ev9

25.根据权利要求15或16所述的光电转换装置，其中：所述发光部(67y)包括：

一对宽带隙半导体部(67ya)，其由宽带隙半导体构成；和窄带隙半导体部(67yb)，其设置在所述一对宽带隙半导体部(67ya)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。

说明书

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AlInGaP材料的第III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(WO2008/047427)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的波长范围内发荧光的有机稀土金属络合物。此外，Solar Energy Materials and 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III-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Solar Energy 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WO2008/047427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、WO2008/047427 和 Solar Energy Materials and Solar 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-i-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，易于提高光电转换效率。

[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Eg1、Ec1和Ev1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：Eg1＜Eg2≤Eg3；Ec1＜Ec2≤Ec3；
和Ev3≤Ev2≤Ev1。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≤Ev1”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Ev1相同的高度或位置比Ev1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顶，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-i-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n-型材料三维接合的位点。当p-n结包含其中p-型材料和n-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。

[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、Ec8和Ev8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，“Ev9＜Ev8＜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Ev8低，并且Ev8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。

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2A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8B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高能量。另外，在图1B中，实心圆(●)代表电子，空心圆(○)代表空穴。在图1B中，E1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1B中，太阳光从图中左侧向右侧行进。

[0067] 如图1A和1B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E1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n层21，背电极25连接到p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E1或具有大于能量E1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E2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E2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E2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E2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n层21和p层22，其各自具有能隙E3。这里，E3比E2小约0.1eV。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n层21侧并被收集在连接到n层21的表面电极24处。空穴移动到p层22侧并被收集在连接到p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10nm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E1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10nm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PbSe、InAs、PbS、Ge、GaSb、GaAsSb、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III-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、Si、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III-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II-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10nm；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4.0eV。可构成阻挡层的半导体材料的实例包括InP、GaAs、CdTe、CdSe、AlGaAs、GaInP、AlAs、ZnTe、GaP、CdS、ZnSe、GaN和ZnS。在其中阻挡层由第III-V族化合物如InP、GaAs、AlGaAs、GaInP、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II-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、Si、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III-V族化合物如GaSb、GaAsSb、GaInAs、InP、GaAs、AlGaAs、GaInP、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II-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、Si、InP、GaAs和CdTe。在光电转换部20中，n层21可通过向这些半导体材料添加可用的n-型掺杂剂来制造，而p层22可通过向这些半导体材料添加可用的p-型掺杂剂来制造。n层21的厚度可设定为例如约100nm，而p层22的厚度可设定为例如约2μm。在其中光电转换部20由第IV族元素如Ge或Si或第III-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II-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1至10μm，而在透明导电膜的情况下可以设定为约0.1至1μm。

[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-i-n结。

[0079] 另外，在太阳能电池100的前述说明中，描述了其中n层21和p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2A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2B为示意太阳能电池200的能带结构的图。在图2A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2B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高能量。另外，在图2B中，实心圆(●)代表电子，空心圆(○)代表空穴。在图2B中，E4为波长转换部30中包含的半导体材料的能隙，E5为波长转换部30中生成的单色光的能量，E6为光电转换部40中包含的半导体材料的能隙。在图2A和2B中，太阳光从图中左侧向右侧行进。在图2A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2A和2B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n-型半导体构成的n层41和由能隙为E6的p-型半导体构成的p层42；接合n层41与p层42使得形成p-n结
43。表面电极24连接到n层41，并且背电极44连接到p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E6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E6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n层41和p层42所形成的内部电场作用而分离。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。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。

[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E6的能量的光被吸收。因此，在太阳光所包含的光中，具有小于E6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E4小于E6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。

[0084] 如图2B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E5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E5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E5的电子和空穴在发光部33中复合，可生成具有能量E5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n层41和p层42，其各自具有能隙E6。这里，E6比E5小约0.1eV。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10nm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10nm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、GaInAs、Si、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III-V族化合物如InAs、GaSb、GaAsSb、GaInAs、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II-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10nm；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3.0eV。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10nm；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4.0eV。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ES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1μm，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3.0eV。可构成光电转换部40的半导体材料的实例包括GaAsSb、GaInAs、Si、InP、GaAs、CdTe、CdSe、AlGaAs、GaInP、AlAs、ZnTe、GaP、CdS和ZnSe。在光电转换部40中，n层41可通过向这些半导体材料添加可用的n-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。n层41的厚度可设定为例如约100nm，而p层42的厚度可设定为例如约2μm。在其中光电转换部40由第IV族元素如Si或第III-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II-VI族化合物如CdTe、CdSe、ZnTe、CdS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1至10μm，而在透明导电膜的情况下可设定为约0.1至1μm。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-i-n结。

[0095] 另外，在太阳能电池200的前述说明中，描述了其中n层41和p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20一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40一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n层51、i层52和p层53。n层51、i层52和p层53一起形成p-i-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-E6≌0.1Ev)的半导体材料构成。连接到表面电极24的n层51由具有能隙E6的n-型半导体构成。连接到背电极25的p层53由具有能隙E6的p-型半导体构成。

[0101] 落在太阳能电池300上的太阳光穿过n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n层51和p层53所形成的内部电场而分离。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。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。

[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E6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E6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E4小于E6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0.1eV。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10nm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10nm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] n层51、光电转换部52和p层53的能隙E6可设定为例如至少0.9eV并且不超过3.0eV，并且n层51、光电转换部52和p层53可使用与上述光电转换部40所用的那些相似的材料。n层51和p层53的厚度可设定为例如约100nm，i层52的厚度可设定为例如约
0.1至约1μm。此外，n层51、光电转换部52和p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n层和/或p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0.1eV。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SiO2或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4.0eV。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3.0eV。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3.0eV。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61x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℃来使醋酸铅溶解，然后将烧瓶内容物冷却至约45℃。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℃。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℃。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61ya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℃。接下来，向已被再加热至约200℃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℃。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℃进行溶解。接下来，向已被再加热至约240℃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的厚度的量子阱层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61ya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℃。接下来，向已被再加热至约200℃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℃。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℃进行溶解。接下来，向已被再加热至约240℃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10nm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0.1eV。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1μm，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10nm，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4.0eV。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3.0eV。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3.0eV。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℃来使醋酸铅溶解，然后将烧瓶内容物冷却至约60℃。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℃(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℃(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℃。接下来，向已被再加热至约200℃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℃。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℃进行溶解。接下来，向已被再加热至约240℃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℃。接下来，向已被再加热至约200℃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℃。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℃进行溶解。接下来，向已被再加热至约240℃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10nm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(即，在太阳光的行进方向上的厚度；下同)为至少约100nm并且不超过约500nm。在其中载流子生成部61x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100nm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10nm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1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为示出了波长转换部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63ya，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0.1eV。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n层71、连接到背电极25的多个p层72以及设置在n层71和p层72之间的多个波长转换部63。n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n层
71、波长转换部63和p层72构成。层叠的层73中包含的n层71通过设置在图7中顶部侧上的n层71连接在一起，而层叠的层73中包含的p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n层71的半导体材料的能隙和构成p层
72的半导体材料的能隙各自比在发光部63z中生成的单色光的能量小约0.1eV。在太阳能电池301中，未被n层71或p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63z生成的单色光将被n层71和p层72吸收。

[0159] 当光落在太阳能电池301上时，光穿过n层71或者n层71和p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n层71和/或p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n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p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63x的能隙大的能量的光被吸收，并在载流子生成部63x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63x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的价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的价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10nm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。另外，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III-V族化合物如InAs、GaSb、GaAsSb、GaInAs、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II-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4.0eV。另外，本实施方案的阻挡层63ya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III-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II-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3.0eV。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III-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II-VI族化合物如CdTe、CdSe、ZnTe、CdS或ZnSe构成的情况下，量子阱层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3.0eV。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III-V族化合物如GaSb、GaAsSb、GaInAs、InP、GaAs、AlGaAs、GaInP、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II-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n层和p层之间的每一个界面处的形式实施。

[0167] n层71和p层72的能隙可设定为例如至少0.9eV并且不超过3.0eV。n层71和p层72可使用与光电转换部40相似的材料。n层71和p层72的厚度可设定为约100nm。n层71和p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8A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8A中的横向为光的行进方向。在图8A中，示意性地示出了多个波长转换颗粒61b、多个p-型材料56a和多个n-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n层59和p层57，并且还具有设置在n层59和p层57之间的混合p-n接合层56。表面电极24连接到n层59，背电极25连接到p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n-型半导体的n-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p-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n-型材料56b相互接触，并且一些n-型材料56b与n层59接触。在太阳能电池302中，构成n层59、p-型材料56a、n-型材料56b和p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0.1eV。在太阳能电池302中，未被n层59、p-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n层59、p-型材料56a、n-型材料56b和p层57吸收。

[0170] 当光落在太阳能电池302上时，光穿过n层59。未被n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的价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的价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一起存在于混合p-n接合层56内的p-型材料56a或n-型材料56b所吸收。构成p-型材料56a和n-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0.1eV。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10nm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3.0eV。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100nm，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ITO、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1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℃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p层57，通过向有机溶剂中加入总量为约1至10重量％的波长转换颗粒61b、p-型材料56a和n-型材料56b来制备混合p-n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℃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ZnO、SnO2、TiO2等构成的n层59。或者，通过方法如旋涂或浸涂将n层形成组合物施加到混合p-n接合层56的表面上，所述n层形成组合物通过混合约1至10重量％的用于n层59的n-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℃的干燥炉中保持约10分钟，使得有机溶剂蒸发，从而形成n层59。一旦如此形成了n层59，通过常规方法如真空沉积在n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p-型材料56a和多个n-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n层59和p层57，并且还具有设置在n层59和p层57之间的混合p-n接合层58。p-型材料56a和n-型材料56b在混合p-n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p-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58内的至少一些n-型材料56b相互接触，并且一些n-型材料56b与n层59接触。在太阳能电池303中，构成n层59、p-型材料56a、n-型材料56b和p层57的半导体材料的能隙比在波长转换纤维62a的发光部62z中生成的单色光的能量小约0.1eV。
在太阳能电池303中，未被n层59、p-型材料56a、n-型材料56b或p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n层59、p-型材料56a、n-型材料56b和p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一样，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Ec1与价带的顶部边缘的能量Ev1之间具有差异(能隙)Eg1，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] Eg1＜Eg2≤Eg3

[0183] Ec1＜Ec2≤Ec3

[0184] Ev3≤Ev2≤Ev1

[0185] Ec3-Ec2≌0.05eV

[0186] |EV2-Ev3|≌0.05eV。

[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Eg1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：

[0192] Eg4＜Eg5≤Eg6

[0193] Ec4＜Ec5≤Ec6

[0194] Ev4≤Ev6≤Ev5

[0195] Ec6-Ec5≌0.05eV

[0196] |EV5-Ev6|≌0.05eV

[0197] |EV6-Ev4|≌0.05eV。

[0198] 当光到达波长转换材料64时，具有比载流子生成部64x的能隙Eg4大的能量的光被吸收，并在载流子生成部64x中生成具有不同能量的电子和空穴。在量子阱层64yb中，仅在导带侧上形成离散能级。因此，在载流子生成部64x中生成的电子中，那些具有对应于量子阱层64yb的导带中最低离散能级Ec6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Ec6的能量的电子，通过隧道传导经由量子阱层64yb的离散能级到达发光部64z。相反，在载流子选择性转移部64y的价带中不形成离散能级。因此，对在载流子生成部64x中生成的空穴没有量子限域效应，因此在载流子生成部64x中生成的空穴经由载流子选择性转移部64y立即移动到发光部64z。移动到发光部64z的电子和空穴在发光部64z复合，成为具有能量Eg5的单色光。

[0199] 在波长转换材料64中，在量子阱层64yb的导带侧上形成离散能级，但在价带侧上不形成离散能级。因此，在载流子生成部64x中生成的电子和空穴中，对电子有量子限域效应，但对空穴没有量子限域效应。因此，波长转换材料64具有仅对电子限域以使电子彼此相互作用的功能。因为在载流子生成部64x中生成的空穴立即移动到发光部64z，因而载流子生成部64x中的空穴密度大大减小。也就是说，由于可以减少在载流子生成部64x中与电子复合的空穴数，因而热载流子的寿命可延长。另外，在其中在价带侧上不形成离散能级的波长转换材料64中，因为难以使空穴彼此相互作用，因而空穴的能量损失往往变得比在具有图9中所示能带结构的波长转换材料中大。然而，由于在载流子生成部64x中空穴的能量分布宽度小于电子的能量分布宽度，因而该能量损失的影响轻微。使用这样的波长转换材料64，可通过允许电子彼此相互作用来减少能量损失。因此，使用该波长转换材料64的根据本发明的光电转换装置也使得可以提高光电转换效率。

[0200] 在波长转换材料64中，通过调节阻挡层64ya和量子阱层64yb的材料选择和组成以及还通过调节量子阱层64yb的厚度，同样可以调节Ec6。通过调节Ec6，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Ec6以及还调节发光部64z的材料选择和组成，可以随意调节单色光的能量Eg5。

[0201] 在波长转换材料64中，通过设定能级使得满足关系Ec6-Ec5≌0.05eV、|Ev5-Ev6|≌0.05eV和|Ev6-Ev4|≌0.05eV，易于减少当载流子从载流子生成部64x向发光部64z移动时的能量损失。

[0202] 另外，在波长转换材料64中，由于无需在载流子选择性转移部64y的价带侧上形成离散能级，因而易于调节Ec6的最佳值，并且易于增加材料的选择。因此，该波长转换材料64具有比具有图9中所示能带结构的波长转换材料更易于制造的趋势。

[0203] 例如，具有图10中所示能带结构的波长转换材料64可通过分别对载流子生成部64x使用InAs、对阻挡层64ya使用GaAs和对量子阱层64yb使用GaAsSb并通过使用具有比发光部64z的GaAsSb小约0.1eV的能隙的半导体材料来制备。或者，具有图10中所示能带结构的波长转换材料64可通过分别对载流子生成部64x使用PbS、对阻挡层64ya使用ZnS和对量子阱层64yb使用CdTe并通过使用具有比发光部64z的CdTe小约0.1eV的能隙的半导体材料来制备。具有图10中所示能带结构的波长转换材料64可通过分别对载流子生成部64x使用CdSe、对阻挡层64ya使用ZnSe和对量子阱层64yb使用CdS并通过使用具有比发光部64z的CdS小约0.1eV的能隙的半导体材料来制备。在波长转换材料64中，能带的调节可通过用n-型元素对载流子生成部64x或量子阱层64yb进行掺杂来进行。

[0204] 在关于波长转换材料64的前述说明中，描述了一个实施方案，其中通过改变例如载流子生成部64x、阻挡层64ya和量子阱层64yb中的材料的组合，在载流子选择性转移部64y的价带侧上不形成离散能级，因此在载流子生成部64x中生成的空穴立即移动到发光部64z。在本发明中，其中使在载流子生成部中生成的空穴立即移动到发光部的实施方案不限于波长转换材料64的形式。例如，在通过上面描述的方法制备波长转换颗粒或波长转换纤维时，在波长转换颗粒或波长转换纤维的表面有时存在晶格缺陷如空位。当被晶格缺陷位点占据的波长转换颗粒或波长转换纤维表面积的比例设定为例如至少约1％并且不超过约20％时，可获得其中在量子阱层的导带侧上形成离散能级并且在量子阱层的价带侧上不形成离散能级的实施方案。也可采用包含这样的波长转换颗粒或波长转换纤维的本发明光电转换装置的实施方案。

[0205] 图11为示出了波长转换部65的一个实施方案的截面图。在图11中，与上述波长转换颗粒61b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。如图11中所示，波长转换部65在其中心处具有载流子生成部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、发光部61z和透明的电绝缘部65i。也就是说，波长转换部65呈其中波长转换颗粒61b中发光部61z的表面覆盖有透明绝缘部65i的形式。通过用透明绝缘部65i覆盖发光部61z的表面，可以减少发光部61z的表面处的缺陷。通过减少缺陷，可以减少被缺陷俘获的并且不复合的电子和空穴，使得可以提高发光部61z的发光效率。因此，通过采用具有这样的波长转换部65的实施方案，可以提高光电转换效率。

[0206] 在波长转换部65中，为了防止发生隧道电流而同时确保载流子生成部61x的体积相对于整个波长转换部65的比例不变得过小，透明绝缘部65i的厚度可设定为例如至少2nm并且不超过100nm。为了获得可易于制造的实施方案，优选将透明绝缘部65i的厚度设定为至少10nm并且不超过50nm。

[0207] 透明绝缘部65i可为例如SiO2或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)。由这样的材料构成的透明绝缘部65i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。

[0208] 在关于波长转换部65的前述描述中，以示意的方式提及了其中发光部的表面覆盖有透明绝缘材料的实施方案。然而，本发明的光电转换装置中可采用的波长转换部不限于此实施方案。发光部的表面可覆盖能隙大小(例如，至少3.0eV，优选至少4.0eV)不吸收待被载流子生成部吸收的光的可用透明半导体材料。

[0209] 此外，在波长转换部65的前述描述中，作为实例示意了呈微粒形式的波长转换部65。然而，覆盖有绝缘材料和/或不吸收待被载流子生成部吸收的光的半导体材料的波长转换部不限于此形式，而是也可呈线性形式如波长转换纤维62a或呈多层膜形式如波长转换部63。在线性形式的情况下，发光部62z的表面应覆盖有绝缘材料和/或不吸收待被载流子生成部吸收的光的半导体材料。在多层膜形式的情况下，应通过用绝缘材料和/或不吸收待被载流子生成部吸收的光的半导体材料覆盖发光部63z的表面而在每个发光部63z的外侧上提供由绝缘材料和/或不吸收待被载流子生成部吸收的光的半导体材料构成的层。

[0210] 图12A为示出了波长转换部66的一个实施方案的截面图。图12B为示出波长转换部66的能带结构的图。在图12A和12B中，与上述波长转换材料64中的那些相似的要素以与图10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。

[0211] 如图12A中所示，波长转换部66在中心处具有载流子生成部64x并且同心地从中心向外具有载流子生成部64x、载流子选择性转移部64y和发光部66z。发光部66z同心地从载流子选择性转移部64y侧向外具有阻挡层66za、量子阱层66zb和阻挡层66za。阻挡层66za和量子阱层66zb由半导体材料构成。也就是说，波长转换部66呈使用不同的发光部66z代替波长转换材料64中的发光部64z的形式。如图12B中所示，在波长转换部66内，阻挡层66za的导带的底部边缘位于量子阱层66zb的导带的底部边缘上方，并且阻挡层66za的价带的顶部边缘位于量子阱层66zb的价带的顶部边缘下方。

[0212] 当光到达波长转换部66时，具有比载流子生成部64x的能隙Eg4大的能量的光被吸收，在载流子生成部64x中产生具有不同能量的电子和空穴。在载流子生成部64x中生成的电子中，那些具有对应于量子阱层64yb的导带中最低离散能级Ec6的能量的电子以及那些通过与其它电子进行能量转移而变得具有对应于所述最低离散能级Ec6的能量的电子将通过隧道传导经由量子阱层64yb的这些离散能级到达发光部66z。相反，由于对在载流子生成部64x生成的空穴没有量子限域效应，因而在载流子生成部64x生成的空穴立即通过载流子选择性转移部64y移动到发光部66z。这里，在发光部66z中，阻挡层66za的导带的底部边缘位于量子阱层66zb的导带的底部边缘上方，并且阻挡层66za的价带的顶部边缘位于量子阱层66zb的价带的顶部边缘下方。因此，移动到发光部66z的电子和空穴将在量子阱层66zb处收集和复合，成为单色光。

[0213] 在该波长转换部66中，可以在量子阱层66zb处收集电子和空穴，因此使得容易使电子和空穴复合。通过采用这样的实施方案，可缩短电子和空穴在发光部66z结合之前所需的时间，使得可以允许电子和空穴在其通过非辐射复合遭遇湮灭之前结合并生成单色光。也就是说，使用波长转换部66，可以减少能量损失并提高发光效率。

[0214] 在波长转换部66中，阻挡层66za和量子阱层66zb可使用半导体材料如量子阱层64yb所用的半导体材料，并且构成阻挡层66za的半导体材料与构成量子阱层66zb的半导体材料之间的带隙差可设定为至少约0.05eV并且不超过约0.3eV。另外，阻挡层66za的厚度可设定为至少2nm以例如使得更易于抑制电子和空穴在波长转换部66的表面中的缺陷处结合，并可设定为不超过约20nm以例如防止载流子生成部64x相对于波长转换部66的比例变得过小。另外，量子阱层66zb的厚度可设定为至少约2nm并且不超过约10nm以例如使得可以表现出量子限域效应。如果波长转换部66呈微粒形式，则具有如此构造的阻挡层66za和量子阱层66zb的发光部66z可通过与上述载流子选择性转移部61y所用相似的方法来制造。如果波长转换部66呈线性形式，则发光部66z可通过与上述载流子选择性转移部62y所用相似的方法来制造。

[0215] 在本发明的前述描述中，述及了具有载流子生成部、载流子选择性转移部和具有发光部的波长转换部(其中载流子选择性转移部和发光部单独构造并都连接到波长转换部)的实施方案。然而，本发明的光电转换装置不限于这样的实施方案。本发明的光电转换装置可通过具有如下波长转换部的实施方案来实施，所述波长转换部具有载流子生成部和也用作载流子选择性转移部的发光部(具有既用作载流子选择性转移部又用作发光部的发光部的波长转换部)。因此，下面将描述呈具有载流子生成部和也用作载流子选择性转移部的发光部的形式的波长转换部。

[0216] 图13A为示出了具有载流子生成部67x和也用作载流子选择性转移部的发光部67y的波长转换颗粒67的一个实施方案的截面图。图13B为示出波长转换颗粒67的能带结构的图。使用该波长转换颗粒67的波长转换部呈其中例如多个波长转换颗粒67被分散并保持在透明材料内的形式。

[0217] 波长转换颗粒67在中心处具有载流子生成部67x并且同心地从中心向外包括载流子生成部67x、发光部67y和外侧材料部67s。载流子生成部67x、发光部67y和外侧材料部67s各自由半导体材料构成。发光部67y具有同心地从中心侧向外设置的阻挡层67ya、量子阱层67yb和阻挡层67ya。至少位于中心侧上的阻挡层67ya具有使得载流子可通过隧道传导从中穿过的厚度。位于中心侧上的阻挡层67ya形成在载流子生成部67x的表面上，量子阱层67yb形成在该阻挡层67ya的表面上。位于外侧上的阻挡层67ya形成在量子阱层67yb的表面上，外侧材料部67s形成在位于外侧上的阻挡层67ya的表面上。在波长转换颗粒67中，外侧材料部67s设定为载流子不能通过隧道传导从中穿过的厚度。

[0218] 如图13B中所示，构成阻挡层67ya的半导体材料的能隙大于构成量子阱层67yb的半导体材料的能隙Eg8，并且在量子阱层67yb的导带和价带中形成归因于量子限域效应的离散能级。构成量子阱层67yb的半导体材料的能隙Eg8大于构成载流子生成部67x的半导体材料的能隙Eg7，并且构成外侧材料部67s的半导体材料的能隙Eg9大于构成阻挡层67ya的半导体材料的能隙。构成外侧材料部67s的半导体材料的能隙Eg9设定为不吸收待被载流子生成部67x吸收的光的尺寸。这里，假定Ec7为构成载流子生成部67x的半导体材料的导带的底部边缘的能量，Ev7为同一半导体材料的价带的顶部边缘的能量，Ec8为构成量子阱层67yb的半导体材料的导带中形成的最低离散能级的能量，Ev8为同一半导体材料的价带中形成的最低离散能级的能量，Ec9为构成外侧材料部67s的半导体材料的导带的底部边缘的能量，并且Ev9为同一半导体材料的价带的顶部边缘的能量，则波长转换颗粒67满足如下关系：

[0219] Eg7＜Eg8＜Eg9

[0220] Ec7＜Ec8＜Ec9

[0221] Ev9＜Ev8＜Ev7。

[0222] 当光落在波长转换颗粒67上时，光将穿过外侧材料部67s，到达载流子生成部67x。当光到达载流子生成部67x时，具有比载流子生成部67x的能隙Eg7大的能量的光被吸收，并在载流子生成部67x中生成具有不同能量的电子和空穴。

[0223] 这里，形成在载流子生成部67x的表面上的阻挡层67ya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67yb。因此，在载流子生成部67x中生成的电子和空穴中，那些具有对应于量子阱层67yb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经由隧道传导到达量子阱层67yb的离散能级。另一方面，由于外侧材料部67s设定为载流子不能通过隧道传导从中穿过的厚度，因而在波长转换颗粒67中，那些已移动到量子阱层67yb的电子和空穴不能移动到外侧材料部67s侧。因此，已移动到量子阱层67yb的电子和空穴在量子阱层67yb结合，成为单色光，所述单色光具有对应于量子阱层67yb的导带中最低离散能级和价带中最低离散能级之间的能量差的能量。另一方面，在载流子生成部67x中生成的电子中，那些具有与在量子阱层67yb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67x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67yb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67x中生成的空穴中，那些具有与在量子阱层67yb的价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67x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67yb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67yb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到达量子阱层67yb的离散能级并通过在量子阱层67yb结合成为单色光，所述单色光具有对应于量子阱层67yb的导带中最低离散能级和价带中最低离散能级之间的能量差的能量。当在本发明的光电转换装置中使用此类波长转换颗粒67时，可以此方式生成单色光。以此方式生成的单色光被光电转换装置中提供的光电转换部所吸收，由此，单色光转换为电。

[0224] 使用包含波长转换颗粒67的本发明光电转换装置，可以大大扩展在光电转换部向电转换的过程中所利用的光的波长范围。波长转换颗粒67的一个目的在于允许在载流子生成部67x中生成的载流子在发光部67y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67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。此外，波长转换颗粒67使得可以比在其中提供载流子生成部、载流子选择性转移部和发光部的实施方案中更多地缩短载流子移动路径。因此，通过采用具有载流子生成部67x和也用作载流子选择性转移部的发光部67y的实施方案，将易于减少载流子移动过程中的能量损失。特别地，通过控制载流子生成部67x的尺寸并设定从载流子在载流子生成部67x中的生成直至载流子到达发光部67y为止的移动长度为约10nm以下，易于显著减少移动过程中的能量损失。另外，在载流子生成部67x使用半导体材料的一个实施方案中，与其中使用荧光材料的常规上转换太阳能电池和下转换太阳能电池相比，可以大大扩展可用以生成载流子的光的波长范围。此外，在将波长转换颗粒67生成的单色光输入到光电转换部的光电转换装置中，输入到光电转换部的单色光的能量是固定的。因此，通过对光电转换部使用具有对应于待输入的单色光的能量的能隙的半导体材料，使得易于减少能量损失。因此，具有波长转换颗粒67的实施方案也可提供其中可提高光电转换效率的光电转换装置。在本发明的光电转换装置中，通过提高将光转换为单色光的波长转换颗粒67的效率，使得易于提高光电转换效率。

[0225] 在本发明中，通过在光行进的方向上在光电转换部的上游侧上布置波长转换颗粒67，可使得使用波长转换颗粒67的太阳能电池成为下转换太阳能电池。或者，通过在光行进的方向上在光电转换部的下游侧上或在光电转换部内布置波长转换颗粒67，可使得使用波长转换颗粒67的太阳能电池成为上转换太阳能电池。而且，在其中波长转换颗粒67在光行进的方向上设置在光电转换部的下游侧上的情况下，可采用其中在具有波长转换颗粒
67的波长转换部中提供光反射部的实施方案，所述光反射部将在波长转换颗粒67生成的单色光反射向光电转换部侧。

[0226] 在波长转换颗粒67中，载流子生成部67x可用与上述载流子生成部61x所用的那些相似的材料和方法制造。载流子生成部67x的直径可与载流子生成部61x的相似。此外，光生成部67y可用与上述载流子选择性转移部61y所用的那些均相似的材料和方法制造。另外，为了设定外侧材料部67s和阻挡层67ya的总厚度为不允许载流子通过隧道传导穿过的厚度，外侧材料部67s的厚度可设定为至少10nm，而为了确保载流子生成部67x的体积相对于整个波长转换颗粒67的比例不变得过小，外侧材料部67s的厚度可设定为不超过100nm。构成外侧材料部67s的半导体材料可为例如GaAs、CdTe、AlGaAs、GaInP、AlAs、ZnTe、GaP、CdS、ZnSe、GaN或ZnS。外侧材料部67s可通过与上述发光部61z所用相似的方法来制造。

[0227] 在波长转换颗粒67的上述说明中，描述了其中提供了由半导体材料构成的外侧材料部67s的实施方案。然而，本发明不限于该实施方案。外侧材料部可由不吸收光的可用透明绝缘材料构成。这类绝缘材料的实例包括SiO2和SiNx。

[0228] 在关于呈具有载流子生成部和也用作载流子选择性转移部的发光部的形式的波长转换部的前述说明中，以示意的方式描述了涉及波长转换颗粒67的使用的实施方案。然而，本发明不限于此实施方案。如在可用于本发明的上述第一至第三实施方案中的波长转换部的情况下，也可以使用线性波长转换材料(波长转换纤维)和具有多层膜结构的波长转换材料(波长转换膜)。在其中在具有载流子生成部和也用作载流子选择性转移部的发光部的波长转换部的实施方案中使用波长转换纤维的情况下，采用的实施方案可为具有下述载流子生成部、发光部和外侧材料部的实施方案，所述载流子生成部，除制造为棒状外，如上述载流子生成部67x那样构造，所述发光部，除制造为管状外，如上述发光部67y那样构造，所述外侧材料部，除制造为管状外，如上述外侧材料部67s那样构造。在这样的情况下，可使得使用波长转换纤维的波长转换部呈其中多根波长转换纤维被分散并保持在透明材料内的形式。在其中使用波长转换膜作为呈具有载流子生成部和也用作载流子选择性转移部的发光部的形式的波长转换部的情况下，采用的实施方案可为具有下述载流子生成部、发光部和外侧材料部的实施方案，所述载流子生成部，除呈膜状外，如上述载流子生成部67x那样构造，所述发光部，除呈膜状外，如上述发光部67y那样构造，所述外侧材料部，除呈膜状外，如上述外侧材料部67s那样构造。

[0229] 此外，可将呈具有载流子生成部和也用作载流子选择性转移部的发光部的形式的波长转换部分散在具有本体异质结结构的光电转换部内，在所述本体异质结结构中，p-n结分散在整个层中。当采用这样的实施方案时，使用波长转换颗粒作为呈具有载流子生成部和也用作载流子选择性转移部的发光部的形式的波长转换部的光电转换装置具有类似于图8A中所示的截面。使用波长转换纤维作为呈具有载流子生成部和也用作载流子选择性转移部的发光部的形式的波长转换部的光电转换装置的截面类似于图8B中所示的截面。

[0230] 上面结合目前认为实用并优选的实施方案描述了本发明。然而，应理解，本发明不限于本申请的说明书中所描述的前述实施方案，可对其作各种修改和改变而不偏离如附随的权利要求书及整个说明书中所述的本发明主旨或本发明构思，并且其中作了此类修改和改变的光电转换装置也涵盖在本发明的技术范围内。