[发明专利]薄膜光伏器件和有关的制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年2月3日提交的序列号为61/025,786的美国临时申请的利益，其公开在这里通过引用被全部并入。

发明领域

本发明通常涉及光伏(photovoltaic)器件。更具体地，本发明涉及使用结构化基底形成的薄膜光伏器件。

背景

光伏器件(也叫作太阳能电池)操作来将能量从太阳辐射转换成电，电被输送到外部负载以执行有用的工作。在现有光伏器件的操作期间，入射太阳辐射穿透光伏器件并被光伏器件内的一组光敏材料吸收。太阳辐射的吸收产生以电子-空穴对或激子形式的载荷子。由于在光敏材料之间的界面处例如从p-n结处的掺杂差异产生的驱动力，电子通过一个电极离开光伏器件，而空穴通过另一电极离开光伏器件。净效应是电流通过被入射太阳辐射驱动的光伏器件的流动。

通过分接到大的可再生太阳能源中，光伏器件是矿物燃料能源的有前途的替代物。然而，光伏器件目前与矿物燃料能源没有成本竞争性。通过使用光敏材料的薄膜而不是大结晶半导体材料来减小光伏器件的成本是特别有前途的方法。虽然在减小的成本方面提供了益处，现有薄膜光伏器件一般在将入射太阳辐射有效地转换成有用的电能的能力上受到很多技术限制，这些限制至少部分地起源于从薄膜处理产生的较低的材料质量。不能将总入射太阳辐射转换成有用的电能代表现有薄膜光伏器件的损失或低效率。

对照该背景的是引发对开发这里所述的薄膜光伏器件和有关的制造方法的需要。

概述

确定实施方式涉及光伏器件。在一个实施方式中，光伏器件包括：(1)结构化基底，其包括结构特征的阵列；(2)第一电极层，其布置成相邻于结构化基底并被成形以便实质上符合结构特征的阵列；(3)活性层，其布置成相邻于第一电极层并被成形以便实质上符合第一电极层，活性层包括一组光敏材料；以及(4)第二电极层，其布置成相邻于活性层并被成形为使得第一电极层和第二电极层具有互锁配置。

在另一实施方式中，光伏器件包括：(1)结构化基底；(2)第一电极层，其布置成相邻于结构化基底，第一电极层包括按照结构化基底成形的一组突出物；(3)第二电极层，其与第一电极层间隔开，第二电极层包括与第一电极层的该组突出物互补的一组凹槽；以及(4)一组光敏层，其布置在第一电极层和第二电极层之间。

在又一实施方式中，光伏器件包括：(1)结构化基底；(2)第一电极层，其布置成相邻于结构化基底，第一电极层包括按照结构化基底成形的一组凹槽；(3)第二电极层，其与第一电极层间隔开，第二电极层包括与第一电极层的该组凹槽互补的一组突出物；以及(4)一组光敏层，其布置在第一电极层和第二电极层之间。

其它实施方式涉及形成结构化基底的方法。在一个实施方式中，该方法包括：(1)提供包括导电层的基底；以及(2)通过使基底暴露给下列项来形成相邻于基底的导电层的纳米结构的阵列：(a)第一金属源；和(b)包括第二金属源和配位剂的生长溶液。纳米结构的阵列包括金属氧化物。

还设想了本发明的其它方面和实施方式。以上概述和下面的详细描述并不意味着将本发明限制到任何特定的实施方式，而是仅仅意味着描述本发明的一些实施方式。

附图的简要说明

为了更好地理解本发明的一些实施方式的性质和目的，应对结合附图理解的下面的详细描述进行参考。在附图中，相似的参考数字表示相似的元件，除非上下文清楚地以另外方式指示。

图1示出根据本发明的一个实施方式实现的折叠结薄膜光伏器件。

图2示出根据本发明的一个实施方式的在图1的光伏器件的操作期间用于增强光吸收的机构。

图3示出根据本发明的一个实施方式实现的结构化基底。

图4示出根据本发明的一个实施方式实现的结构化基底的另外的方面和优点。

图5示出根据本发明的另一实施方式实现的结构化基底。

图6示出根据本发明的另一实施方式实现的折叠结薄膜光伏器件。

图7示出根据本发明的一个实施方式使用分层结构实现的折叠结薄膜光伏器件。

图8示出根据本发明的一个实施方式实现的多结光伏器件。

图9示出根据本发明的另一实施方式实现的薄膜光伏器件。

图10示出根据本发明的一个实施方式形成折叠结薄膜光伏器件的制造方法。

图11示出根据本发明的一个实施方式形成结构化基底的制造方法。

图12示出根据本发明的另一实施方式形成结构化基底的制造方法。

图13示出根据本发明的一个实施方式实现的折叠结光伏器件。