干涉式光伏電池的制作方法
【專利摘要】某些實(shí)施例包括經(jīng)干涉調(diào)諧的光伏電池(2100)，其中來自分層式光伏裝置的界面的反射相干地總計(jì)，以在所述光伏電池(2100)的將光能轉(zhuǎn)換成電能的有源區(qū)域中產(chǎn)生增加的場(chǎng)。此類經(jīng)干涉調(diào)諧或干涉式光伏裝置(iPV)增加所述干涉式光伏電池(2100)的所述有源區(qū)域(2101)中對(duì)光能的吸收且借此增加所述裝置的效率。在各種實(shí)施例中，在所述光伏裝置(2100)中包括一個(gè)或一個(gè)以上光學(xué)諧振腔(2110)和/或光學(xué)諧振層以增加所述有源區(qū)域(2101)中的電場(chǎng)集中和所述吸收。
【專利說明】干涉式光伏電池
[0001] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2008年9月18日，發(fā)明名稱為“干涉式光伏電池”，申請(qǐng)?zhí)枮?00880108464.7的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
_2] 相關(guān)申請(qǐng)案的交叉參考
[0003]本申請(qǐng)案根據(jù)35 U.S.C.§ 119(e)主張2007年9月24日申請(qǐng)的標(biāo)題為“用于光伏電池的干涉式光設(shè)陷(INTERFEROMETRIC LIGHT TRAPPING FOR PHOTOVOLTAIC CELL) ”的第60/995，259號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案(代理人案號(hào)QC0.207PR2)的優(yōu)先權(quán)，所述臨時(shí)申請(qǐng)案全文在此以引用的方式明確地并入本文中。本申請(qǐng)案還主張2007年12月3日申請(qǐng)的標(biāo)題為“干涉式光伏電池(Interferometric Photovoltaic Cell) ” 的第 11/949，699 號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)案(代理人案號(hào)QC0.207A)的優(yōu)先權(quán)，所述專利申請(qǐng)案全文在此以引用的方式明確地并入本文中。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0004]本發(fā)明大體涉及將光能轉(zhuǎn)換成電能的光電換能器(例如，光伏電池)的領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0005]一個(gè)世紀(jì)多以來，例如煤、石油和天然氣等礦物燃料提供美國(guó)的主要能源。對(duì)替代能源的需要日益增加。礦物燃料是不可更新的能源，其正快速耗盡。例如印度和中國(guó)等發(fā)展中國(guó)家的大規(guī)模工業(yè)化對(duì)可用礦物燃料造成相當(dāng)大的負(fù)擔(dān)。此外，地緣政治問題可迅速影響此類燃料的供應(yīng)。全球變暖近年來也受到較大關(guān)注。認(rèn)為許多因素導(dǎo)致全球變暖；然而，據(jù)認(rèn)為礦物燃料的廣泛使用是全球變暖的主要原因。因此，迫切需要尋找可更新的且經(jīng)濟(jì)上可行的而且環(huán)境安全的能源。
[0006]太陽能是環(huán)境安全的可更新的能源，其可轉(zhuǎn)換成例如熱和電等其它能量形式。光伏(PV)電池將光能轉(zhuǎn)換成電能且因此可用于將太陽能轉(zhuǎn)換成電力。可將光伏太陽能電池制造成非常薄且模塊化。PV電池的大小可在幾毫米到數(shù)十厘米的范圍內(nèi)。來自一個(gè)PV電池的個(gè)別電力輸出可在幾毫瓦到幾瓦的范圍內(nèi)?？蓪⑷舾蒔V電池電力連接和封裝以產(chǎn)生足夠電量。PV電池可用于廣泛范圍的應(yīng)用中，例如，為衛(wèi)星和其它宇宙飛船提供電力，為住宅和商業(yè)地產(chǎn)提供電且為汽車電池充電。然而，太陽能作為經(jīng)濟(jì)上有競(jìng)爭(zhēng)力的可更新能源的使用受到將光能轉(zhuǎn)換成電的低效率的阻礙。
[0007]因此，所需的是提供將光能轉(zhuǎn)換成電能的增加的效率的光伏裝置和方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的某些實(shí)施例包括經(jīng)干涉調(diào)諧的光伏電池，其中來自分層式PV裝置的界面的反射相干地總計(jì)，以在光伏電池的將光能轉(zhuǎn)換成電能的有源區(qū)域中產(chǎn)生增加的電場(chǎng)。此類經(jīng)干涉調(diào)諧或干涉式光伏裝置(iPV)增加干涉式光伏電池的有源區(qū)域中對(duì)光能的吸收且借此增加裝置的效率。在各種實(shí)施例中，在光伏裝置中包括一個(gè)或一個(gè)以上光學(xué)諧振腔和/或光學(xué)諧振層以增加有源區(qū)域中的電場(chǎng)集中和吸收。光學(xué)諧振腔和/或?qū)涌砂该鞣莻鲗?dǎo)材料、透明傳導(dǎo)材料、氣隙及其組合。其它實(shí)施例也是可能的。
[0009]在一個(gè)實(shí)施例中，光伏裝置包含有源層，其經(jīng)配置以由于由有源層吸收的光而產(chǎn)生電信號(hào)。安置反射體層以反射透射穿過有源層的光；且在有源層與反射體層之間安置光學(xué)諧振腔。光學(xué)諧振腔的存在可增加由有源層吸收的光的量。在一些實(shí)施例中，光學(xué)諧振腔可包含電介質(zhì)。在一些實(shí)施例中，光學(xué)諧振腔可包含氣隙。在某些實(shí)施例中，光學(xué)諧振腔可包含多個(gè)層。
[0010]在另一實(shí)施例中，光伏裝置包含至少一個(gè)有源層，其經(jīng)配置以由于由有源層吸收的光而產(chǎn)生電信號(hào)。光伏裝置還包含至少一個(gè)光學(xué)諧振層，其中所述至少一個(gè)有源層具有用于太陽光譜中的波長(zhǎng)的吸收效率，且在存在所述至少一個(gè)光學(xué)諧振層的情況下，太陽光譜中的波長(zhǎng)上積分的吸收效率增加至少約20%。
[0011]在一個(gè)實(shí)施例中，光伏裝置包含有源層，其經(jīng)配置以由于由有源層吸收的光而產(chǎn)生電信號(hào)。光伏裝置還包含至少一個(gè)光學(xué)諧振層，其中所述光伏裝置具有用于太陽光譜中的波長(zhǎng)的總轉(zhuǎn)換效率，且在存在所述至少一個(gè)光學(xué)諧振層的情況下，太陽光譜中的波長(zhǎng)上積分的總轉(zhuǎn)換效率增加至少約15%。
[0012]在另一實(shí)施例中，光伏裝置包含有源層，其經(jīng)配置以由于由有源層吸收的光而產(chǎn)生電信號(hào)。光伏裝置進(jìn)一步包含光學(xué)諧振層，所述光學(xué)諧振層具有使得光伏裝置具有在太陽光譜上積分的大于0.7的總轉(zhuǎn)換效率的厚度。
[0013]在一個(gè)實(shí)施例中，光伏裝置包含有源層，其經(jīng)配置以由于由有源層吸收的光而產(chǎn)生電信號(hào)。光伏裝置進(jìn)一步包含增加有源層中的平均電場(chǎng)強(qiáng)度的至少一個(gè)光學(xué)諧振層，其中在光伏裝置曝露于太陽光時(shí)，有源層中具有用于太陽光譜中的波長(zhǎng)的平均電場(chǎng)強(qiáng)度。所述至少一個(gè)光學(xué)諧振層的存在產(chǎn)生太陽光譜上積分的平均電場(chǎng)強(qiáng)度的增加，所述增加對(duì)于有源層比太陽光譜上積分的平均電場(chǎng)強(qiáng)度的所述增加對(duì)于光伏裝置中的任何其它層要大。
[0014]在一個(gè)實(shí)施例中，光伏裝置包含有源層，其經(jīng)配置以由于由有源層吸收的光而產(chǎn)生電信號(hào)。在光伏裝置曝露于太陽光時(shí)，有源層中具有用于太陽光譜中的波長(zhǎng)的平均電場(chǎng)強(qiáng)度和吸收的光功率。光伏裝置進(jìn)一步包含增加有源層中的平均電場(chǎng)強(qiáng)度和吸收的光功率的至少一個(gè)光學(xué)諧振層，其中所述至少一個(gè)光學(xué)諧振層的存在產(chǎn)生太陽光譜上積分的吸收的光功率的增加，所述增加對(duì)于有源層比太陽光譜上積分的吸收的光功率的所述增加對(duì)于光伏裝置中的任何其它層要大。
[0015]在一個(gè)實(shí)施例中，光伏裝置包含襯底；安置于襯底上的光學(xué)堆疊；和安置于光學(xué)堆疊上的反射體層。光學(xué)堆疊進(jìn)一步包含至少一個(gè)有源層和一個(gè)或一個(gè)以上層；其中所述至少一個(gè)有源層包含對(duì)于大致400nm的光大于0.7的吸收效率。
[0016]在一個(gè)實(shí)施例中，使用干涉原理增加光伏裝置中的有源層內(nèi)部的光吸收的方法包含提供用于吸收光且將其轉(zhuǎn)換成電能的至少一個(gè)有源層；以及關(guān)于有源層定位至少一個(gè)光學(xué)諧振層，其中電磁輻射的干涉原理將所述至少一個(gè)有源層中的太陽能的吸收增加至少5%，所述吸收對(duì)于太陽光譜中的波長(zhǎng)為積分的。
[0017]在某些實(shí)施例中，光伏裝置包含用于吸收電磁輻射且將其轉(zhuǎn)換成電能的至少一個(gè)有源層。光伏裝置進(jìn)一步包含關(guān)于有源層而安置的至少一個(gè)光學(xué)諧振層，其中所述光學(xué)諧振層由于光學(xué)干涉而將所述至少一個(gè)有源層中的太陽能的吸收增加至少5%，所述吸收在太陽光譜上積分。
[0018]在一個(gè)實(shí)施例中，光伏裝置包含有源層，其經(jīng)配置以由于由有源層吸收的光而產(chǎn)生電信號(hào)。安置反射體層以反射透射穿過有源層的光，所述反射體層為部分光學(xué)透射的，以使得光伏裝置對(duì)于一些波長(zhǎng)為部分透射的。光伏裝置進(jìn)一步包含安置于有源層與反射體層之間的至少一個(gè)光學(xué)諧振層，所述至少一個(gè)光學(xué)諧振層的存在增加由有源層吸收的光的量。
[0019]在一個(gè)實(shí)施例中，光伏裝置包含有源層，其經(jīng)配置以由于由有源層吸收的光而產(chǎn)生電信號(hào)。光伏裝置進(jìn)一步包含至少一個(gè)光學(xué)諧振層，所述至少一個(gè)光學(xué)諧振層的存在增加由有源層吸收的光的量，其中所述至少一個(gè)光學(xué)諧振層的厚度可通過用于控制厚度的控制信號(hào)的施加來調(diào)整。
[0020]在一個(gè)實(shí)施例中，優(yōu)化光伏電池的吸收效率的方法包含提供包含層堆疊的光伏電池，其中至少一個(gè)層包含至少一個(gè)有源層，其中提供光伏電池包含使用干涉原理優(yōu)化光伏電池中的所述至少一個(gè)有源層在多個(gè)波長(zhǎng)下的吸收效率。
[0021]在一個(gè)實(shí)施例中，光伏電池包含襯底；安置于透明襯底上的光學(xué)堆疊；和安置于襯底上的反射體。光學(xué)堆疊進(jìn)一步包含一個(gè)或一個(gè)以上薄膜層和經(jīng)優(yōu)化以用于基于所述一個(gè)或一個(gè)以上薄膜層的厚度而吸收選定波長(zhǎng)的光的有源層，其中經(jīng)由對(duì)來自多個(gè)界面的反射的相干總和的分析來優(yōu)化有源層的吸收。
[0022]在一個(gè)實(shí)施例中，光伏裝置包含第一有源層與第二有源層，其經(jīng)配置以由于由有源層吸收的光而產(chǎn)生電信號(hào)。光伏裝置進(jìn)一步包含第一有源層與第二有源層之間的第一光學(xué)諧振層，所述光學(xué)諧振層的存在增加由第一有源層和第二有源層中的至少一者吸收的光的量。
[0023]在一個(gè)實(shí)施例中，光伏裝置包含用于吸收光的裝置。光吸收裝置經(jīng)配置以由于由光吸收裝置吸收的光而產(chǎn)生電信號(hào)。安置用于反射光的裝置以反射透射穿過所述至少一個(gè)光吸收裝置的光。用于產(chǎn)生光學(xué)諧振的裝置安置于光吸收裝置與光反射裝置之間。光學(xué)諧振產(chǎn)生裝置經(jīng)配置以增加由所述至少一個(gè)光吸收裝置吸收的光的量，其中所述光學(xué)諧振產(chǎn)生裝置包含用于電絕緣的裝置。
[0024]在另一實(shí)施例中，制造光伏裝置的方法包含提供有源層，所述有源層經(jīng)配置以由于由有源層吸收的光而產(chǎn)生電信號(hào)。所述方法進(jìn)一步包含安置反射體層以反射透射穿過有源層的光；以及在有源層與反射體層之間安置光學(xué)諧振腔。在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)諧振腔包含電介質(zhì)。在另一實(shí)施例中，光學(xué)諧振腔包含氣隙。
[0025]在一個(gè)實(shí)施例中，光伏裝置包含用于吸收光的裝置。光吸收裝置經(jīng)配置以由于由光吸收裝置吸收的光而產(chǎn)生電信號(hào)。光伏裝置進(jìn)一步包含經(jīng)安置以反射透射穿過光吸收裝置的光的用于反射光的裝置，以及用于在光吸收裝置與光反射裝置之間產(chǎn)生光學(xué)諧振的裝置。光學(xué)諧振產(chǎn)生裝置經(jīng)配置以增加由所述至少一個(gè)光吸收裝置吸收的光的量，其中所述光學(xué)諧振產(chǎn)生裝置包含用于借以傳播光的多個(gè)裝置。
[0026]在另一實(shí)施例中，制造光伏裝置的方法包含提供有源層，所述有源層經(jīng)配置以由于由有源層吸收的光而產(chǎn)生電信號(hào)。所述方法進(jìn)一步包含安置反射體層以反射透射穿過所述至少一個(gè)有源層的光；以及在有源層與反射體層之間形成光學(xué)諧振腔，其中所述光學(xué)諧振腔包含多個(gè)層。
[0027]在替代實(shí)施例中，用于將光能轉(zhuǎn)換成電能的裝置包含用于吸收光的裝置，光吸收裝置經(jīng)配置以由于由光吸收裝置吸收的光而產(chǎn)生電信號(hào)。用于將光能轉(zhuǎn)換成電能的裝置進(jìn)一步包含經(jīng)安置以反射透射穿過所述至少一個(gè)光吸收裝置的光的用于反射光的裝置；以及安置于光吸收裝置與光反射裝置之間的用于產(chǎn)生光學(xué)諧振的裝置，其中光吸收裝置具有用于太陽光譜中的波長(zhǎng)的吸收效率，且在存在光學(xué)諧振產(chǎn)生裝置的情況下，太陽光譜中的波長(zhǎng)上積分的吸收效率增加至少約20%。
[0028]在一個(gè)實(shí)施例中，制造光伏裝置的方法包含提供至少一個(gè)有源層，所述有源層經(jīng)配置以由于由有源層吸收的光而產(chǎn)生電信號(hào)。所述方法進(jìn)一步包含安置反射體層以反射透射穿過所述至少一個(gè)有源層的光，以及在有源層與反射體層之間安置至少一個(gè)光學(xué)諧振層，其中所述至少一個(gè)有源層具有用于太陽光譜中的波長(zhǎng)的吸收效率，且在存在所述至少一個(gè)光學(xué)諧振層的情況下，太陽光譜中的波長(zhǎng)上積分的吸收效率增加至少約20%。
[0029]在一個(gè)實(shí)施例中，用于將光能轉(zhuǎn)換成電能的裝置包含用于吸收光的裝置，光吸收裝置經(jīng)配置以由于由光吸收裝置吸收的光而產(chǎn)生電信號(hào)。用于將光能轉(zhuǎn)換成電能的裝置進(jìn)一步包含經(jīng)安置以反射透射穿過所述至少一個(gè)光吸收裝置的光的用于反射光的裝置；以及安置于光吸收裝置與光反射裝置之間的用于產(chǎn)生光學(xué)諧振的裝置。用于將光能轉(zhuǎn)換成電能的裝置具有用于太陽光譜中的波長(zhǎng)的總轉(zhuǎn)換效率，且在存在光學(xué)諧振產(chǎn)生裝置的情況下，太陽光譜中的波長(zhǎng)上積分的總轉(zhuǎn)換效率增加至少約15%。
[0030]在一個(gè)實(shí)施例中，制造光伏裝置的方法包含提供有源層，所述有源層經(jīng)配置以由于由有源層吸收的光而產(chǎn)生電信號(hào)。所述方法進(jìn)一步包含安置反射體層以反射透射穿過所述至少一個(gè)有源層的光；以及在所述至少一個(gè)有源層與反射體層之間安置至少一個(gè)光學(xué)諧振層。所述光伏裝置具有用于太陽光譜中的波長(zhǎng)的總轉(zhuǎn)換效率，且在存在所述至少一個(gè)光學(xué)諧振層的情況下，太陽光譜中的波長(zhǎng)上積分的總轉(zhuǎn)換效率增加至少約15%。
[0031 ] 在一個(gè)實(shí)施例中，用于將光能轉(zhuǎn)換成電能的裝置包含用于吸收光的裝置，光吸收裝置經(jīng)配置以由于由光吸收裝置吸收的光而產(chǎn)生電信號(hào)。用于將光能轉(zhuǎn)換成電能的裝置進(jìn)一步包含用于產(chǎn)生光學(xué)諧振的裝置，其中光學(xué)諧振產(chǎn)生裝置增加光吸收裝置中的平均電場(chǎng)強(qiáng)度。當(dāng)用于將光能轉(zhuǎn)換成電能的裝置曝露于太陽光時(shí)，光吸收裝置中具有用于太陽光譜中的波長(zhǎng)的平均電場(chǎng)強(qiáng)度。光學(xué)諧振產(chǎn)生裝置的存在產(chǎn)生太陽光譜上積分的平均電場(chǎng)強(qiáng)度的增加，所述增加對(duì)于光吸收裝置比太陽光譜上積分的平均電場(chǎng)強(qiáng)度的所述增加對(duì)于用于將光能轉(zhuǎn)換成電能的裝置中的任何其它層要大。
[0032]在一個(gè)實(shí)施例中，制造光伏裝置的方法包含提供有源層，所述有源層經(jīng)配置以由于由有源層吸收的光而產(chǎn)生電信號(hào)。所述方法進(jìn)一步包含提供至少一個(gè)光學(xué)諧振層，其中光學(xué)諧振腔增加有源層中的平均電場(chǎng)強(qiáng)度。當(dāng)光伏裝置曝露于太陽光時(shí)，有源層中具有用于太陽光譜中的波長(zhǎng)的平均電場(chǎng)強(qiáng)度，且所述至少一個(gè)光學(xué)諧振層的存在產(chǎn)生太陽光譜上積分的平均電場(chǎng)強(qiáng)度的增加，所述增加對(duì)于有源層比太陽光譜上積分的平均電場(chǎng)強(qiáng)度的所述增加對(duì)于光伏裝置中的任何其它層要大。
[0033]在另一實(shí)施例中，用于將光能轉(zhuǎn)換成電能的裝置包含用于吸收光的裝置，其經(jīng)配置以由于由光吸收裝置吸收的光而產(chǎn)生電信號(hào)，當(dāng)用于將光能轉(zhuǎn)換成電能的裝置曝露于太陽光時(shí)，光吸收裝置中具有用于太陽光譜中的波長(zhǎng)的平均電場(chǎng)強(qiáng)度和吸收的光功率。用于將光能轉(zhuǎn)換成電能的裝置進(jìn)一步包含用于產(chǎn)生光學(xué)諧振的裝置，其增加光吸收裝置中的平均電場(chǎng)強(qiáng)度和吸收的光功率，其中光學(xué)諧振產(chǎn)生裝置的存在產(chǎn)生太陽光譜上積分的吸收的光功率的增加，所述增加對(duì)于光吸收裝置比太陽光譜上積分的吸收的光功率的所述增加對(duì)于用于將光能轉(zhuǎn)換成電能的裝置中的任何其它層要大。
[0034]在一個(gè)實(shí)施例中，制造光伏裝置的方法包含提供有源層，所述有源層經(jīng)配置以由于由有源層吸收的光而產(chǎn)生電信號(hào)，當(dāng)光伏裝置曝露于太陽光時(shí)，有源層具有用于太陽光譜中的波長(zhǎng)的平均電場(chǎng)強(qiáng)度和吸收的光功率。所述方法進(jìn)一步包含提供至少一個(gè)光學(xué)諧振層，其中光學(xué)諧振腔增加有源層中的平均電場(chǎng)強(qiáng)度和吸收的光功率，其中所述至少一個(gè)光學(xué)諧振層的存在產(chǎn)生太陽光譜上積分的吸收的光功率的增加，所述增加對(duì)于有源層比太陽光譜上積分的吸收的光功率的所述增加對(duì)于光伏裝置中的任何其它層要大。
[0035]在一個(gè)實(shí)施例中，光伏裝置包含用于支撐的裝置。光伏裝置進(jìn)一步包含安置于支撐裝置上的用于與光交互的裝置，光交互裝置包含至少一個(gè)用于吸收光的裝置和一個(gè)或一個(gè)以上用于傳播光的裝置。光伏裝置還包含安置于光交互裝置上的用于反射光的裝置，其中所述至少一個(gè)光吸收裝置包含對(duì)于大致400nm的光大于0.7的吸收效率。
[0036]在一個(gè)實(shí)施例中，制造光伏裝置的方法包含提供襯底。所述方法還包含在襯底上安置光學(xué)堆疊，所述光學(xué)堆疊包含至少一個(gè)有源層和一個(gè)或一個(gè)以上層；以及在光學(xué)堆疊上安置反射體層，其中所述至少一個(gè)有源層包含對(duì)于大致400nm的光大于0.7的吸收效率。
[0037]在某些實(shí)施例中，光伏裝置包含用于吸收光的裝置，光吸收裝置經(jīng)配置以吸收光且將吸收的光轉(zhuǎn)換成電能。光伏裝置進(jìn)一步包含用于產(chǎn)生光學(xué)諧振的裝置，其中電磁輻射的干涉原理將光吸收裝置中的太陽能的吸收增加至少5%，所述吸收對(duì)于太陽光譜中的波長(zhǎng)為積分的。
[0038]在某些實(shí)施例中，光伏裝置包含用于吸收光的裝置，其經(jīng)配置以由于由用于吸收光的裝置吸收的光而產(chǎn)生電信號(hào)。光伏裝置進(jìn)一步包含經(jīng)安置以反射透射穿過所述至少一個(gè)光吸收裝置的光的用于反射光的裝置；以及用于在光吸收裝置與光反射裝置之間產(chǎn)生光學(xué)諧振的裝置，光學(xué)諧振產(chǎn)生裝置的存在增加由光吸收裝置吸收的光的量，其中反射裝置為部分光學(xué)透射的，以使得用于將光能轉(zhuǎn)換成電能的裝置對(duì)于一些波長(zhǎng)為部分透射的。
[0039]在一個(gè)實(shí)施例中，制造光伏裝置的方法包含形成有源層，所述有源層經(jīng)配置以由于由有源層吸收的光而產(chǎn)生電信號(hào)；形成經(jīng)安置以反射透射穿過所述至少一個(gè)有源層的光的反射體層；以及在有源層與反射體層之間形成至少一個(gè)光學(xué)諧振層，所述至少一個(gè)光學(xué)諧振層的存在增加由有源層吸收的光的量，其中反射體層為部分光學(xué)透射的，以使得光伏裝置對(duì)于一些波長(zhǎng)為部分透射的。
[0040]在某些實(shí)施例中，光伏裝置包含用于吸收光的裝置，其經(jīng)配置以由于由光吸收裝置吸收的光而產(chǎn)生電信號(hào)。光伏裝置進(jìn)一步包含經(jīng)安置以反射透射穿過所述至少一個(gè)光吸收裝置的光的用于反射光的裝置；以及安置于光吸收裝置與光反射裝置之間的用于產(chǎn)生光學(xué)諧振的裝置，光學(xué)諧振產(chǎn)生裝置的存在增加由光吸收裝置吸收的光的量，其中光學(xué)諧振產(chǎn)生裝置的厚度可通過用于控制厚度的控制信號(hào)的施加來調(diào)整。
[0041]在一個(gè)實(shí)施例中，制造光伏裝置的方法包含形成至少一個(gè)有源層，所述至少一個(gè)有源層經(jīng)配置以由于由有源層吸收的光而產(chǎn)生電信號(hào)。所述方法進(jìn)一步包含形成經(jīng)安置以反射透射穿過所述至少一個(gè)有源層的光的反射體層，以及在所述至少一個(gè)有源層與反射體層之間形成至少一個(gè)光學(xué)諧振層，所述至少一個(gè)光學(xué)諧振層的存在增加由有源層吸收的光的量，其中所述至少一個(gè)光學(xué)諧振層的厚度可通過用于控制厚度的控制信號(hào)的施加來調(diào)難
iF.0
[0042]在一個(gè)實(shí)施例中，光伏裝置包含用于吸收光的第一裝置和第二裝置，其經(jīng)配置以由于由第一光吸收裝置與第二光吸收裝置吸收的光而產(chǎn)生電信號(hào)。光伏裝置進(jìn)一步包含用于產(chǎn)生光學(xué)諧振的第一裝置。第一光學(xué)諧振產(chǎn)生裝置的存在增加由第一光吸收裝置與第二光吸收裝置吸收的光的量。
[0043]在一個(gè)實(shí)施例中，制造光伏裝置的方法包含形成第一有源層與第二有源層，所述第一有源層與所述第二有源層經(jīng)配置以由于由第一有源層與第二有源層吸收的光而產(chǎn)生電信號(hào)；以及形成第一光學(xué)諧振層，第一光學(xué)諧振層的存在增加由第一有源層與第二有源層吸收的光的量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0044]附隨的示意圖中說明本文揭示的實(shí)例實(shí)施例，所述示意圖僅出于說明性目的。
[0045]圖1示意性說明光學(xué)干涉式腔。
[0046]圖2示意性說明增加反射光的光學(xué)干涉式腔。
[0047]圖3是包含包括吸收層、光學(xué)諧振腔和反射體的多個(gè)層的干涉式調(diào)制器(“IM0D”)堆疊的框圖。
[0048]圖4A是展示由入射在圖3的“MOD”上的光線產(chǎn)生的一些反射的示意性說明。出于說明性目的僅展示反射的一部分。然而，對(duì)于任何給定層，可將入射線與從IMOD內(nèi)的各種界面反射的射線相干地總計(jì)以確定所述層內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度。
[0049]圖4B說明“開放”狀態(tài)中的MOD。
[0050]圖4C說明“閉合”狀態(tài)中的MOD。
[0051]圖5A到圖展示“開放”狀態(tài)中的干涉式光調(diào)制器的對(duì)于法線入射和反射光的所得光譜響應(yīng)(例如，反射與吸收)。
[0052]圖6A到圖6D展示“閉合”狀態(tài)中的干涉式光調(diào)制器的對(duì)于法線入射和反射光的光譜響應(yīng)。
[0053]圖7A到圖7D展示當(dāng)入射角或觀測(cè)角大致為30度時(shí)“開放”狀態(tài)中的干涉式光調(diào)制器的光譜響應(yīng)。
[0054]圖8A到圖8D展示當(dāng)入射角或觀測(cè)角大致為30度時(shí)“閉合”狀態(tài)中的干涉式光調(diào)制器的光譜響應(yīng)。
[0055]圖9示意性說明包含p-n接面的光伏電池。
[0056]圖10是示意性說明具有包含非晶硅的p-1-n接面的光電池的框圖。
[0057]圖1lA示意性說明另一常規(guī)PV電池。
[0058]圖1lB到圖1lH示意性說明包含PV電池的實(shí)施例，所述PV電池使用干涉式調(diào)制的原理增加PV電池的有源區(qū)域中的吸收借此增加效率。
[0059]圖1lI到圖1lJ示意性說明包含PV電池的實(shí)施例，所述PV電池具有光學(xué)諧振腔，所述光學(xué)諧振腔具有可靜電地改變的厚度。
[0060]圖12示意性說明用于計(jì)算PV電池的各種層中的電場(chǎng)強(qiáng)度的術(shù)語。
[0061]圖13是說明制造PV電池的方法的流程圖，所述PV電池使用MOD的原理增加PV電池的有源區(qū)域中的吸收。
[0062]圖14是用于PV電池的各種設(shè)計(jì)的Cu (In，Ga) Se2 (CIGS)有源層中的模擬吸收的曲線圖。
[0063]圖15A是包含p-1-n接面的常規(guī)PV電池的實(shí)例，所述p_i_n接面包含被第一和第二氧化銦錫(Ι--)層和鋁(Al)反射體環(huán)繞的a-S1-H。下文提供用于例如圖15A中所展示的PV電池的吸收和反射率譜，所述PV電池具有900nm厚的第一 ITO層、330nm厚的α -Si有源層和80nm厚的第二 ITO層。
[0064]圖15B是用于圖15A的PV電池的總吸收與波長(zhǎng)的曲線圖。
[0065]圖15C是用于圖15A的PV電池的總反射與波長(zhǎng)的曲線圖。
[0066]圖15D是用于圖15A的PV電池的有源層中的吸收與波長(zhǎng)的曲線圖。
[0067]圖15E是用于圖15A的PV電池的第一 ITO層中的吸收與波長(zhǎng)的曲線圖。
[0068]圖15F到圖15G是用于圖15A的PV電池的ITO層和反射體層中的吸收與波長(zhǎng)的曲線圖。
[0069]圖16A是展示作為第一電極和第二電極的厚度的函數(shù)的圖15A的光伏裝置的有源層中的積分吸收的輪廓曲線圖。積分吸收包含太陽光譜上積分的吸收。
[0070]圖16B到圖16C分別是圖15A的PV電池的優(yōu)化型式的有源層的吸收和總吸收的曲線圖，所述PV電池具有第一 ITO層(54nm厚)、α-Si有源層(330nm厚)和第二 ITO層(9 Inm 厚)。
[0071]圖17示意性說明由可瑞克(Krc)等人揭示的光伏裝置，所述光伏裝置包含包括Cu (In，Ga) Se2 (“CIGS”)(p-型層)和 CdS (η-型層)的有源區(qū)域，其中 Cu (In，Ga) Se2 (“CIGS”)(P-型層)和CdS (η-型層)未被優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)最大吸收效率。
[0072]圖18Α到圖18C包含用于圖17的光伏裝置的模擬吸收率與波長(zhǎng)的一系列曲線圖，所述光伏裝置包含CIGS (P-型層)和CdS (η-型層)。
[0073]圖19Α到圖19Β包含在有源區(qū)域與反射層之間添加光學(xué)諧振腔之后例如圖17中所展示的光伏裝置的圖。
[0074]圖20Α到圖20C說明用于圖19Α中所展示的裝置的模擬吸收率與波長(zhǎng)的一系列曲線圖，所述裝置包含包括CIGS(P-型層)和CdS(η-型層)的有源區(qū)域以及光學(xué)諧振腔，所述曲線圖演示與圖17的裝置相比有源區(qū)域中的增加的吸收。
[0075]圖21示意性說明具有上方和下方被導(dǎo)電層(ΙΤ0層和金屬層)環(huán)繞的有源區(qū)域且具有用于到有源區(qū)域的電連接的通路的光伏裝置，其中所述裝置進(jìn)一步包括經(jīng)設(shè)計(jì)以干涉地增加有源區(qū)域中的吸收的光學(xué)諧振腔。
[0076]圖22示意性說明具有上方和下方被光學(xué)諧振層和金屬層環(huán)繞的有源區(qū)域且具有用于電連接的通路的光伏裝置，其中所述裝置進(jìn)一步包括經(jīng)設(shè)計(jì)以干涉地增加有源區(qū)域中的吸收的光學(xué)腔。
[0077]圖23示意性說明具有安置于有源區(qū)域與金屬層之間的光學(xué)諧振腔且具有用于電連接的通路的另一光伏裝置，其中所述光伏裝置經(jīng)設(shè)計(jì)以干涉地增加有源區(qū)域中的吸收。
[0078]圖24是大致400nm到大致IlOOnm的波長(zhǎng)范圍上圖23的光伏裝置的CIGS (p-型層)中的模擬吸收的曲線圖，所述曲線圖展示500nm與750nm之間的有源區(qū)域中的平均約90%的吸收。
[0079]圖25A示意性說明光電池的實(shí)施例，其中光電池的有源層安置于光學(xué)諧振腔與光學(xué)諧振層之間。
[0080]圖25B示意性說明類似于圖25A中所說明的光電池的另一實(shí)施例，其中有源層上方的諧振層包含電介質(zhì)且有源層下方的諧振腔包含氣隙或電介質(zhì)和提供穿過氣隙或電介質(zhì)的電傳導(dǎo)的通路。
[0081]圖25C示意性說明另一實(shí)施例，其中ITO層安置于有源層與諧振腔之間。
[0082]圖26示意性說明簡(jiǎn)化的光電池的另一實(shí)施例，所述簡(jiǎn)化的光電池具有介于光電池的有源層與反射體之間的光學(xué)諧振腔，其中未展示有源層上的層。
[0083]圖27示意性說明常規(guī)多接面光伏裝置。
[0084]圖28A示意性說明例如圖27中所說明的多接面光伏裝置的實(shí)施例，所述多接面光伏裝置進(jìn)一步包含經(jīng)設(shè)計(jì)以干涉地增加有源區(qū)域中的吸收的光學(xué)諧振層和光學(xué)諧振腔。
[0085]圖28B示意性說明類似于圖28A中所說明的多接面光電池的另一實(shí)施例，其中諧振腔包含氣隙或電介質(zhì)和提供穿過氣隙或電介質(zhì)的電傳導(dǎo)的通路。
[0086]圖29A示意性說明圖27中所說明的多接面光伏裝置，所述多接面光伏裝置進(jìn)一步包含經(jīng)設(shè)計(jì)以干涉地增加有源區(qū)域中的吸收的多個(gè)光學(xué)諧振層和一光學(xué)諧振腔。
[0087]圖29B示意性說明類似于圖29A中所說明的多接面光電池的另一實(shí)施例，其中諧振腔包含氣隙或電介質(zhì)和提供穿過氣隙或電介質(zhì)的電傳導(dǎo)的通路。
[0088]圖30示意性說明常規(guī)半透明PV電池。
[0089]圖31示意性展示具有反射體的PV電池，所述反射體具有提供增加的透明度的減小的厚度。
[0090]圖32A示意性展示包括光學(xué)諧振層但不包括光學(xué)諧振腔的半透明多接面PV電池。
[0091]圖32B示意性展示類似于圖32A中所展示的PV電池的半透明多接面PV電池，其包含用于提供電連接的通路。

【具體實(shí)施方式】
[0092]以下詳細(xì)描述針對(duì)本發(fā)明的某些特定實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以多種不同方式來體現(xiàn)。在此描述中，參看圖式，其中相同部分貫穿全文以相同數(shù)字來指定。如從以下描述將顯而易見，所述實(shí)施例可在包含光伏材料的任何裝置中實(shí)施。如本文中在下文中所描述的，可將MEMS裝置耦合到光伏裝置。
[0093]例如圖1中所展示的光學(xué)透明電介質(zhì)膜或?qū)邮枪鈱W(xué)諧振腔的實(shí)例。電介質(zhì)膜或?qū)涌砂绮ＡА⑺芰匣蛉魏纹渌该鞑牧系入娊橘|(zhì)材料。此種光學(xué)諧振腔的實(shí)例是可形成泡沫且產(chǎn)生反射顏色的光譜的肥皂膜。圖1中所展示的光學(xué)諧振腔包含兩個(gè)表面101和102。兩個(gè)表面101和102可為同一層上的相對(duì)表面。舉例來說，兩個(gè)表面101和102可包含玻璃或塑料板或薄片或膜上的表面?？諝饣蛄硪唤橘|(zhì)可環(huán)繞薄片或膜。
[0094]入射在光學(xué)諧振腔的表面101上的光線103如光路104指示而部分反射(例如，由于費(fèi)涅反射(Fresnel reflect1n))且沿著光路105部分透射穿過表面101。透射光可沿著光路107部分反射(例如，再次由于費(fèi)涅反射)且沿著光路106部分透射出諧振腔。透射和反射的光的量可取決于包含光學(xué)諧振腔的材料的折射率和周圍介質(zhì)的折射率。
[0095]出于本文中所提供的論述的目的，從光學(xué)諧振腔反射的光的總強(qiáng)度是兩個(gè)反射光線104與107的相干疊加。在此相干疊加的情況下，兩個(gè)反射束的振幅與相位均對(duì)聚集強(qiáng)度產(chǎn)生貢獻(xiàn)。此相干疊加稱作干涉。通常，兩個(gè)反射線104與107可具有相對(duì)于彼此的相位差。在一些實(shí)施例中，兩個(gè)波之間的相位差可為180度且彼此抵消。如果兩個(gè)光線104與107的相位和振幅經(jīng)配置以便減小強(qiáng)度，那么兩個(gè)光束稱作相消干涉。另一方面，如果兩個(gè)光束104與107的相位和振幅經(jīng)配置以便增加強(qiáng)度，那么兩個(gè)光線稱作建設(shè)性干涉。相位差取決于兩個(gè)路徑的光徑差，光徑差取決于光學(xué)諧振腔的厚度和折射率以及因此兩個(gè)表面101與102之間的材料。對(duì)于入射束103中的不同波長(zhǎng)，相位差也不同。因此，在一些實(shí)施例中，光學(xué)諧振腔可反射入射光103的特定組的波長(zhǎng)，同時(shí)透射入射光103中的其它波長(zhǎng)。因此，一些波長(zhǎng)可建設(shè)性地干涉且一些波長(zhǎng)可相消地干涉。一般來說，由光學(xué)諧振腔反射和透射的顏色和總強(qiáng)度因此取決于包含光學(xué)諧振腔的厚度和材料。經(jīng)反射和透射的波長(zhǎng)還取決于角度，不同波長(zhǎng)在不同角度處被反射和透射。
[0096]在圖2中，頂部反射體層201沉積于光學(xué)諧振腔的頂面101上而底部反射體層202沉積于光學(xué)諧振腔的底面102上。頂部反射體層與底部反射體層201、202的厚度可大體上彼此不同。舉例來說，在一些實(shí)施例中，頂部反射體層201可比底部反射體層202薄。反射體層201、202可包含金屬。如圖2中所展示的，入射在光學(xué)干涉腔的頂部反射體層201上的光線203從光學(xué)干涉腔沿著路徑204和207中的每一者部分反射。如由觀察者觀測(cè)的照明場(chǎng)包含兩個(gè)反射線204與207的疊加。大體上由裝置吸收或通過底部反射體202透射出裝置的光的量可通過改變反射體層201、202的厚度和/或組成來顯著地增加或減小。在所展示的實(shí)施例中，底部反射體202的增加的厚度增加光學(xué)諧振腔101的反射。
[0097]在一些實(shí)施例中，可由氣隙來替換頂部反射體層201與底部反射體層202之間的電介質(zhì)(例如，玻璃、塑料等)。光學(xué)干涉腔可反射入射光的一個(gè)或一個(gè)以上特定顏色。由光學(xué)干涉腔反射的所述顏色可取決于氣隙的厚度。由光學(xué)干涉腔反射的所述顏色可通過改變氣隙的厚度來改變。
[0098]在某些實(shí)施例中，頂部反射體與底部反射體201、202之間的間隙可(例如)由微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)來改變。MEMS包括微機(jī)械元件、致動(dòng)器和電子元件。微機(jī)械元件可使用沉積、蝕刻和/或蝕刻掉或移除襯底和/或沉積材料層的部分或添加層以形成電氣和機(jī)電裝置的其它微機(jī)械加工工藝來產(chǎn)生。此類MEMS裝置包括具有可電調(diào)整的光學(xué)諧振腔的干涉式調(diào)制器(“IM0D”)。如本文中所使用，術(shù)語干涉式調(diào)制器或干涉式光調(diào)制器指代不管裝置是否可被調(diào)整或裝置內(nèi)的移動(dòng)是否可能(例如，靜態(tài)MOD)均使用光學(xué)干涉的原理選擇性地吸收和/或反射光的裝置。在某些實(shí)施例中，干涉式調(diào)制器可包含一對(duì)導(dǎo)電板，所述對(duì)導(dǎo)電板中的一者為部分反射的和部分透射的，且所述對(duì)導(dǎo)電板中的另一者為部分或完全反射的。導(dǎo)電板能夠在施加適當(dāng)電信號(hào)時(shí)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在特定實(shí)施例中，一個(gè)板可包含沉積于襯底上的固定層，且另一板可包含與固定層以氣隙分開的金屬膜。如本文中更詳細(xì)描述，一個(gè)板相對(duì)于另一板的位置可改變?nèi)肷湓诟缮媸秸{(diào)制器上的光的光學(xué)干涉。以此方式，可改變由干涉式調(diào)制器輸出的光的顏色。
[0099]可能使用此光學(xué)干涉腔提供至少兩個(gè)狀態(tài)。在一個(gè)實(shí)施例中，(例如)第一狀態(tài)包含某一尺寸的光學(xué)干涉腔，借此選定顏色的光(基于腔的大小)建設(shè)性地干涉且反射出所述腔。第二狀態(tài)包含由于光的建設(shè)性和/或相消干涉而產(chǎn)生的可見黑暗狀態(tài)，以便大體上吸收可見波長(zhǎng)。
[0100]圖3是干涉式調(diào)制器堆疊300的圖。如所說明，頂OD堆疊300包含玻璃襯底301、電極層302及其頂部上的吸收層303。IMOD堆疊300還包括Al反射體305以使得光學(xué)諧振腔304形成于吸收層303與Al反射體305之間。Al反射體305在某些實(shí)施例中可(例如)為約300nm厚且光學(xué)諧振腔304可包含氣隙。在一些實(shí)施例中，光學(xué)諧振腔可包含一個(gè)或一個(gè)以上部分透明的導(dǎo)體或部分透明的非導(dǎo)體。舉例來說，在一些實(shí)施例中，光學(xué)干涉腔可包含例如ITO層等透明傳導(dǎo)層或例如S12層等非傳導(dǎo)材料或透明傳導(dǎo)層與非傳導(dǎo)材料兩者。在各種實(shí)施例中，光學(xué)諧振腔可包含包括一個(gè)或一個(gè)以上層的復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述一個(gè)或一個(gè)以上層可包括氣隙、例如透明傳導(dǎo)氧化物等透明傳導(dǎo)材料、例如透明非傳導(dǎo)氧化物等透明非傳導(dǎo)材料或其組合。
[0101]在如圖3中所展示的實(shí)施例中，光首先經(jīng)由通過玻璃襯底301和電極層302到吸收層303中而通過MOD堆疊300。吸收層303中未吸收的光通過光學(xué)干涉腔304，在其中光從Al反射體305反射穿過光學(xué)諧振腔304而回到吸收層303中。在MOD內(nèi)，可選擇氣隙的厚度以對(duì)于給定波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍產(chǎn)生“明亮”狀態(tài)，或?qū)τ诮o定波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍產(chǎn)生“黑暗”狀態(tài)。在某些實(shí)施例中，在“明亮”狀態(tài)中，光學(xué)諧振腔304的厚度為使得光展示出吸收層303中的第一干涉。在“黑暗”狀態(tài)中，光學(xué)諧振腔304的厚度為使得光展示出吸收層303中的第二干涉。在一些實(shí)施例中，第二干涉比第一干涉更具建設(shè)性(例如，用于可見波長(zhǎng))。吸收層中的干涉越具建設(shè)性，場(chǎng)越強(qiáng)且吸收層303中的吸收越大。
[0102]為了說明MOD可如何產(chǎn)生黑暗輸出，圖4A展示入射在圖3中所說明的MOD上的光線和所述入射光線從MOD內(nèi)的不同界面的各種反射。這些反射僅包含由于此種入射線產(chǎn)生的反射的一部分。舉例來說，從各種界面反射的射線可再次從其它界面反射，從而產(chǎn)生大量前后反射。然而，出于簡(jiǎn)單起見，僅說明反射和反射線的一部分。
[0103]在圖4A中，(例如)射線401包含入射在MOD結(jié)構(gòu)上的光線。入射光線401可具有強(qiáng)度E1和相位Φ1Ι5當(dāng)照射IMOD的層301時(shí)，入射光線401可如射線402所指示被部分反射以及如射線403所指示被部分透射。反射光402可具有強(qiáng)度Elm和相位Φ-。透射光403可具有強(qiáng)度E2和相位Φ2。透射光403可在層302的表面處如光線403a所指示進(jìn)一步部分反射以及如射線404所指示部分透射。反射光403a可具有強(qiáng)度E2a,和相位Φ2?。透射光404可具有強(qiáng)度E3和相位Φ3。類似地,透射光404可在照射層303的頂面時(shí)如光線404a所指示進(jìn)一步部分反射以及如射線405所指示部分透射。反射光404a可具有強(qiáng)度E3ar和相位Φ3?。透射光405可具有強(qiáng)度E4和相位Φ4。透射光405可從層304的表面如光線405a所指示再次進(jìn)一步部分反射以及如射線406所指示部分透射。反射光405a可具有強(qiáng)度E4m和相位Φ4?。透射光406可具有強(qiáng)度E5和相位Φ5。透射光406可在層305的表面處如光線406a所指示進(jìn)一步部分反射以及如射線407所指示部分透射。反射光406a可具有強(qiáng)度E5a,和相位Φ5?。透射光407可具有強(qiáng)度E6和相位Φ6。在反射體305的底面處，由射線407指示的透射光如光線407a所指示被幾乎完全反射。射線407a的強(qiáng)度可為E6ar且相位可為Φ6?。
[0104]反射線403a、404a、405a、406a和407a可透射出MOD的層中的每一者且可最終如圖4A中所指示透射出裝置。這些射線透射穿過額外界面且因此經(jīng)歷額外費(fèi)涅反射。舉例來說，如射線403b所以表示，反射線403a透射穿過襯底301。反射線404a透射穿過電極302和襯底301 (如射線404b所展示)且作為射線404c退出。同樣，反射線405a透射穿過吸收體303、電極302和襯底301 (如射線405b、405c所展示)且作為射線405d退出。反射線405a透射穿過吸收體303、電極302和襯底301 (如射線405b、405c所展示)且作為射線405d退出。反射線406a透射穿過光學(xué)諧振腔304、吸收體303、電極302和襯底301 (如射線406b、406c、406d所展示)且作為射線405e退出。反射線407a透射穿過反射體305、光學(xué)諧振腔304、吸收體303、電極302和襯底301 (如射線406b、406c、406d、406e所展示)且作為射線405f退出。
[0105]如參看圖1所描述，如在層301的頂面上方測(cè)量的從MOD結(jié)構(gòu)反射的光的強(qiáng)度和波長(zhǎng)包含所有反射線402、403b、404c、405d、406e和407f的相干疊加，以便考慮反射線中的每一者的振幅與相位兩者。圖4A中未展示的其它反射線也可包括在射線的相干疊加中。類似地，IMOD結(jié)構(gòu)內(nèi)的任何區(qū)域處(例如，吸收體403內(nèi))的光的總強(qiáng)度可基于反射波和透射波的場(chǎng)強(qiáng)來計(jì)算。因此可能通過改變每一層的厚度和材料以便使用干涉原理增加或降低給定層內(nèi)的光的量或場(chǎng)強(qiáng)來設(shè)計(jì)MOD。此通過改變層的厚度和材料來控制不同層內(nèi)的強(qiáng)度和場(chǎng)強(qiáng)水平的方法可用于增加或優(yōu)化吸收體內(nèi)的光的量以及因此由吸收體吸收的光的量。
[0106]上述描述是光學(xué)過程的近似。更多細(xì)節(jié)可包括在較高級(jí)分析中。舉例來說，如上所述，上文僅論述單一通過和所產(chǎn)生的反射。當(dāng)然，從所述層中的任一者反射的光可再次朝著另一界面反射回。光因此可在所述層中的任一者內(nèi)(包括光學(xué)諧振腔304)傳播多次。雖然可將這些反射考慮在射線的相干疊加中，但在圖4A中未說明這些額外反射的效應(yīng)。因此可進(jìn)行對(duì)光學(xué)過程的更詳細(xì)分析?？墒褂脭?shù)學(xué)方法。舉例來說，可使用軟件來模擬系統(tǒng)。此類軟件的某些實(shí)施例可計(jì)算反射和吸收且執(zhí)行多變數(shù)約束優(yōu)化。
[0107]IMOD堆疊300可為靜態(tài)的。在靜態(tài)IMOD堆疊中，各種層的厚度和材料由制造工藝來確定。靜態(tài)MOD堆疊的一些實(shí)施例包括氣隙。在其它實(shí)施例中，例如代替氣隙，光學(xué)諧振腔可包含電介質(zhì)或ΙΤ0。然而，由靜態(tài)IMOD堆疊300輸出的光取決于觀測(cè)角、入射在其上的光的波長(zhǎng)和MOD堆疊的觀測(cè)表面處針對(duì)入射在其上的特定波長(zhǎng)的干涉條件。與此對(duì)t匕，在動(dòng)態(tài)MOD堆疊中，可使用(例如)MEMS引擎實(shí)時(shí)地改變光學(xué)諧振腔304的厚度，借此變更IMOD堆疊的觀測(cè)表面處的干涉條件。類似于靜態(tài)IMOD堆疊，由動(dòng)態(tài)IMOD堆疊輸出的光取決于觀測(cè)角、光的波長(zhǎng)和MOD堆疊的觀測(cè)表面處的干涉條件。圖4B和圖4C展示動(dòng)態(tài)MOD。圖4B說明經(jīng)配置以處于“開放”狀態(tài)中的MOD且圖4C說明經(jīng)配置以處于“閉合”或“折疊”狀態(tài)中的MOD。圖4B和圖4C中所說明的MOD包含襯底301、薄膜層303和反射膜305。反射膜305可包含金屬。薄膜層303可包含吸收體。薄膜層303可包括額外電極層和/或電介質(zhì)層且因此在一些實(shí)施例中可將薄膜層303描述為多層。在一些實(shí)施例中，可將薄膜層303附著到襯底301。在“開放”狀態(tài)中，薄膜層303與反射膜305以間隙304分開。在一些實(shí)施例中，(例如)如圖4B中所說明，間隙304可為氣隙。在“開放”狀態(tài)中，在一些實(shí)施例中，間隙304的厚度可在(例如)120nm與400nm之間改變(例如，大致260nm)。在某些實(shí)施例中，可通過在薄膜堆疊303與反射膜305之間施加電壓差而將IMOD從“開放”狀態(tài)切換到“閉合”狀態(tài)。在“閉合”狀態(tài)中，薄膜堆疊303與反射膜305之間的間隙小于“開放”狀態(tài)中的間隙的厚度。舉例來說，在一些實(shí)施例中，“閉合”狀態(tài)中的間隙可在30nm與90nm之間改變(例如，大致90nm)。例如，在一些實(shí)施例中，在“開放”狀態(tài)與“閉合”狀態(tài)之間，氣隙的厚度通?？稍诖笾翺nm與大致2000nm之間改變。在其它實(shí)施例中可使用其它厚度。
[0108]在“開放”狀態(tài)中，如參看圖4A所描述，入射光的一個(gè)或一個(gè)以上頻率在襯底301的表面上方建設(shè)性地干涉。因此，入射光的一些頻率未在MOD內(nèi)大體上被吸收而是從MOD反射。反射出IMOD的頻率在IMOD外部建設(shè)性地干涉。由觀測(cè)襯底301的表面的觀測(cè)者所觀察到的顯示顏色將對(duì)應(yīng)于大體上反射出MOD且大體上未被MOD的各種層吸收的那些頻率。可通過改變間隙的厚度來改變建設(shè)性地干涉且未大體上被吸收的頻率。在圖5A到圖5D中展示當(dāng)在“開放”狀態(tài)中時(shí)用于法線入射在MOD上的光的MOD的反射和吸收光譜以及其中的某些層的吸收光譜。
[0109]圖5A依據(jù)光以法線入射導(dǎo)向在MOD上時(shí)以法線入射觀測(cè)的波長(zhǎng)說明在“開放”狀態(tài)中的IMOD (例如，圖3的IMOD 300)的總反射的曲線圖?？偡瓷涞那€圖展示大致550nm處(例如，黃色)的反射峰值。觀測(cè)IMOD的觀測(cè)者將觀察到IMOD為黃色。如先前所提及，可通過改變氣隙的厚度或通過改變堆疊中的一個(gè)或一個(gè)以上其它層的材料和/或厚度而將總反射曲線的峰值的位置移位。舉例來說，可通過改變氣隙的厚度而移位總反射曲線。圖5B說明大致400nm到800nm的波長(zhǎng)范圍上的MOD的總吸收的曲線圖?？偽章是€展示對(duì)應(yīng)于反射峰值的大致550nm處的谷值。圖5C說明大致400nm到800nm的波長(zhǎng)范圍上的IMOD的吸收層(例如，圖3的層303)中的吸收的曲線圖。圖說明大致400nm到800nm的波長(zhǎng)范圍上的MOD的反射體層(例如，圖3的305)中的吸收。由反射體吸收的能量較低。如果其它層中的吸收可忽略，那么通過IMOD 400的吸收體部分中的吸收曲線與IMOD的反射體部分中的吸收曲線的總和來獲得總吸收曲線。應(yīng)注意，通過IMOD堆疊的透射大體上可忽略，因?yàn)橄虏糠瓷潴w(例如，圖3的305)很厚。
[0110]參看圖4C，在“閉合”狀態(tài)中，IMOD在薄膜堆疊303中幾乎吸收入射可見光的所有頻率。僅反射少量入射光。在一些實(shí)施例中，觀測(cè)襯底301的表面的觀測(cè)者所觀察到的顯示顏色通?？蔀楹谏?、紅黑色或紫色?？赏ㄟ^改變間隙的厚度而改變或“調(diào)諧”薄膜堆疊303中所吸收的頻率。
[0111]在圖6A到圖6D中展示“閉合”狀態(tài)中的MOD的各種層對(duì)于垂直于MOD觀測(cè)的法線入射光的光譜響應(yīng)。圖6A說明大致400nm到800nm的波長(zhǎng)范圍上的MOD的總反射與波長(zhǎng)的曲線圖。觀察到，總反射在整個(gè)波長(zhǎng)范圍中均勻地低。因此，非常少的光反射出干涉式調(diào)制器。圖6B說明大致400nm到800nm的波長(zhǎng)范圍上的MOD的總吸收率的曲線圖?？偽章是€指示對(duì)應(yīng)于總反射率的曲線圖的整個(gè)波長(zhǎng)范圍中的大致均勻吸收率。圖6C說明大致400nm到800nm的波長(zhǎng)范圍上的吸收層中的吸收的曲線圖。圖6D說明大致400nm到800nm的波長(zhǎng)范圍上的MOD的反射體層中的吸收。從圖6A中注意，與圖5A中的總反射相t匕，在“閉合”狀態(tài)中，頂OD展示出相對(duì)低的總反射。另外，與“開放”狀態(tài)(圖5B和圖5C)對(duì)比，在“閉合”狀態(tài)(分別圖6B和圖6C)中，頂OD展示出相對(duì)高的總吸收率和吸收層中的吸收率。當(dāng)IMOD在“開放”狀態(tài)(圖5D)中或在“閉合”狀態(tài)(圖6D)中時(shí)，IMOD中的反射體吸收相對(duì)低。因此，大量場(chǎng)強(qiáng)在吸收光的吸收層內(nèi)。
[0112]通常，IMOD堆疊具有可在設(shè)計(jì)階段期間考慮的視角相依性。更大體來說，IMOD的光譜響應(yīng)可取決于入射角和觀測(cè)角。圖7A到圖7D說明當(dāng)入射角或觀測(cè)角為相對(duì)于堆疊的法線30度時(shí)用于“開放”狀態(tài)位置中的IMOD的模擬吸收率和反射與波長(zhǎng)的一系列曲線圖。圖7A說明大致400nm到800nm的波長(zhǎng)范圍上的MOD的總反射與用于MOD的波長(zhǎng)的曲線圖?？偡瓷涞那€圖展示大致400nm處的反射峰值。比較圖7A與圖5A指示當(dāng)入射角或觀測(cè)角從法線入射改變成30度時(shí)，總反射與波長(zhǎng)的曲線沿著波長(zhǎng)軸移位。圖7B說明用于IMOD的大致400nm到800nm的波長(zhǎng)范圍上的總吸收率的曲線圖?？偽章是€展示對(duì)應(yīng)于反射峰值的大致400nm處的谷值。圖7B與圖5B的比較指示當(dāng)入射角或觀測(cè)角從法線入射改變成30度時(shí)，吸收曲線中的谷值同樣沿著波長(zhǎng)軸移位。圖7C說明大致400nm到SOOnm的波長(zhǎng)范圍上的MOD的吸收體(例如，圖3的303)中的吸收的曲線圖。圖7D說明大致400nm到800nm的波長(zhǎng)范圍上的MOD的反射體(例如，圖3的305)中的吸收。
[0113]圖8A到圖8D說明當(dāng)入射角或觀測(cè)角為30度時(shí)用于圖4A的在“閉合”狀態(tài)位置中的IMOD的模擬吸收率和反射與波長(zhǎng)的一系列曲線圖。圖8A說明大致400nm到800nm的波長(zhǎng)范圍上的IMOD的總反射與用于IMOD的波長(zhǎng)的曲線圖。觀察到，總反射在整個(gè)波長(zhǎng)范圍中均勻地低。因此，非常少的光反射出干涉式調(diào)制器。圖SB展示大致400nm到SOOnm的波長(zhǎng)范圍上的總吸收率的曲線圖。總吸收率曲線指示對(duì)應(yīng)于總反射率的曲線的整個(gè)波長(zhǎng)范圍上的大致均勻吸收率。圖8C說明大致400nm到800nm的波長(zhǎng)范圍上的吸收層中的吸收的曲線圖。圖8D說明大致400nm到800nm的波長(zhǎng)范圍上的MOD的反射體層中的吸收。圖6A到圖6D與圖8A到圖8D的比較展示對(duì)于法線入射和入射角或觀測(cè)角為30度時(shí)的入射，“閉合”狀態(tài)中的IMOD的光譜響應(yīng)大致相同。因此可推斷:“閉合”狀態(tài)中的IMOD的光譜響應(yīng)并不展示對(duì)入射角或觀測(cè)角的強(qiáng)相依性。
[0114]圖9展示典型光伏電池900。典型光伏電池可將光能轉(zhuǎn)換成電能。PV電池是具有小碳占用區(qū)域(carbon footprint)且對(duì)環(huán)境具有較少影響的可更新能源的實(shí)例。使用PV電池可減小能量產(chǎn)生的成本且提供可能的成本益處。
[0115]PV電池可具有許多不同大小和形狀，例如，從小于郵票到若干英寸寬。若干PV電池常?？蛇B接在一起以形成可高達(dá)若干英尺長(zhǎng)和幾英尺寬的PV電池模塊。所述模塊可包括電連接、安裝硬件、電力調(diào)節(jié)設(shè)備，和儲(chǔ)存太陽能以用于在天氣不好時(shí)使用的電池。模塊又可經(jīng)組合和連接以形成具有不同大小和電力輸出的PV陣列。陣列的大小可取決于若干因素，例如，特定位置中可用的太陽光的量和消費(fèi)者的需要。
[0116]光伏電池具有總能量轉(zhuǎn)換效率(η，“eta”)，其可通過測(cè)量從光伏電池輸出的電功率和入射在太陽能電池上的光功率以及計(jì)算比率來確定。根據(jù)一個(gè)慣例，可通過由具有曝露于標(biāo)準(zhǔn)太陽輻射(稱為“氣團(tuán)1.5”)的Im2表面積的光伏電池產(chǎn)生的峰值電力的量(以瓦計(jì))的比率來給出太陽能電池的效率。標(biāo)準(zhǔn)太陽輻射為晴好的三月或九月春分或秋分日中午時(shí)赤道處的太陽輻射的量。標(biāo)準(zhǔn)太陽輻射具有1000瓦/平方米的功率密度。
[0117]典型PV電池包含安置于兩個(gè)電極之間的有源區(qū)域且可包括反射體。在一些實(shí)施例中，反射體可具有大于50 %、60 %、70 %、80 %、90 %或90 %以上的反射率。在其它實(shí)施例中，反射體可具有較低反射率。舉例來說，反射率可為或40%以上。在一些實(shí)施例中，PV電池還另外包含襯底。襯底可用于支撐有源層和電極。有源層和電極(例如)可包含在制造光伏裝置期間和/或此后沉積于襯底上且由襯底支撐的薄膜。PV電池的有源層可包含例如硅等半導(dǎo)體材料。在一些實(shí)施例中，有源區(qū)域可包含通過使如圖9中所展示的n-型半導(dǎo)體材料903與P-型半導(dǎo)體材料904接觸而形成的p_n接面。此種p-n接面可具有類似二極管的性質(zhì)且因此也可稱作光二極管結(jié)構(gòu)。
[0118]層903和904夾在提供電流路徑的兩個(gè)電極之間。背面電極905可由鋁或鑰或某一其它傳導(dǎo)材料形成。背面電極可為粗糙的且未拋光的。正面電極901經(jīng)設(shè)計(jì)以覆蓋p-n接面的正面的大部分以便降低接觸電阻且增加收集效率。在正面電極由不透明材料形成的實(shí)施例中，正面電極可經(jīng)配置以具有允許照明照射在P-n接面的表面上的孔或間隙。在此類實(shí)施例中，正面電極可為格柵或經(jīng)配置成叉子或手指的形狀。在一些其它實(shí)施例中，電極可由透明導(dǎo)體形成，例如，例如氧化錫(SnO2)或氧化銦錫(ITO)的透明傳導(dǎo)氧化物(TCO)。TCO可提供良好電接觸和傳導(dǎo)率且同時(shí)對(duì)于傳入的光為光學(xué)透射的。在一些實(shí)施例中，PV電池還可包含安置于正面電極901上的抗反射(AR)涂層902。AR涂層902可減小從圖9中所展示的η-型層903的表面反射的光的量。
[0119]當(dāng)照明p-n接面的表面時(shí)，光子將能量轉(zhuǎn)移到有源區(qū)域中的電子。如果由光子轉(zhuǎn)移的能量大于半導(dǎo)體材料的帶隙，那么電子可具有足以進(jìn)入傳導(dǎo)帶中的能量。在形成P-n接面的情況下產(chǎn)生內(nèi)部電場(chǎng)。內(nèi)部電場(chǎng)對(duì)受激電子起作用以致使這些電子移動(dòng)，借此在外部電路907中產(chǎn)生電流。所得電流可用于給例如如圖9中所展示的燈泡906等各種電裝置供電。
[0120]將光功率轉(zhuǎn)換成電力的效率對(duì)應(yīng)于如上所述的總效率?？傂手辽俨糠秩Q于有源層吸收光的效率。此效率(本文中稱為吸收效率nabs)與折射率(η)、消光系數(shù)(k)和有源層中的電場(chǎng)振幅的平方(|E(X) I2)成比例，通過下文闡述的關(guān)系來展示:
[0121]nabs OC nXkX |E(x) |2
[0122]值η是復(fù)數(shù)折射率的實(shí)數(shù)部分。吸收或消光系數(shù)k通常為復(fù)數(shù)折射率的虛數(shù)部分。因此可基于層的材料性質(zhì)和層(例如，有源層)中的電場(chǎng)強(qiáng)度來計(jì)算吸收效率Habs。用于特定層的電場(chǎng)強(qiáng)度在本文中可稱作平均電場(chǎng)強(qiáng)度，其中將電場(chǎng)在特定層的厚度上進(jìn)行平均。
[0123]如上所述，有源層中所吸收的光產(chǎn)生可用于提供電的自由載流子(例如，電子空穴對(duì))?？傂驶蚩傓D(zhuǎn)換效率部分地取決于電極收集有源材料中所產(chǎn)生的這些電子和空穴的效率。此效率在本文中稱作收集效率11。。％?！?。因此，總轉(zhuǎn)換效率取決于吸收效率Habs與收集效率

打 collect1n 兩者。
[0124]PV電池的吸收效率nabs和收集效率n取決于多種因素。用于電極層901和905的厚度和材料(例如)可同時(shí)影響吸收效率nabs與收集效率n兩者。另外，用于PV材料903和904中的厚度和材料可影響吸收效率和收集效率。
[0125]可通過將探針或?qū)щ娨€放置到電極層901和905而測(cè)量總效率。還可使用光伏裝置的模型計(jì)算總效率。
[0126]如本文中所使用，這些效率針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)太陽輻射-氣團(tuán)1.5。再者，可對(duì)于太陽光譜上的波長(zhǎng)積分電場(chǎng)、吸收效率等。太陽光譜是眾所周知的且包含太陽發(fā)射的光的波長(zhǎng)。這些波長(zhǎng)包括可見光、UV和紅外線波長(zhǎng)。在一些實(shí)施例中，在太陽光譜的一部分上(例如，在可見波長(zhǎng)范圍、紅外線波長(zhǎng)范圍或紫外線波長(zhǎng)范圍上)積分電場(chǎng)、吸收效率、總效率等。在某些實(shí)施例中，在較小波長(zhǎng)范圍(例如，具有10nm、lOOnm、200nm、300nm、400nm、500nm或600nm等帶寬的范圍)上計(jì)算電場(chǎng)、吸收效率、總效率等。
[0127]在一些實(shí)施例中，可由p-1-n接面替換圖9中所展示的p-n接面，其中內(nèi)在半導(dǎo)體或無摻雜半導(dǎo)體層夾在P-型半導(dǎo)體與n-型半導(dǎo)體之間。p-1-n接面可具有比P-n接面高的效率。在一些其它實(shí)施例中，PV電池可包含多個(gè)接面。
[0128]有源區(qū)域可由多種光吸收材料形成，例如晶體硅(c-硅)、非晶硅(0-硅)、碲化鎘(CdTe)、銅銦二硒化物(CIS)、銅銦鎵二硒化物(CIGS)、光吸收染料和聚合物、具有安置于其中的光吸收納米粒子的聚合物，例如GaAs的II1-V族半導(dǎo)體等。也可使用其它材料。吸收光子且將能量轉(zhuǎn)移到(例如)電子的光吸收材料在本文中稱作PV電池的有源層?？梢昉V電池的所需性能和應(yīng)用而選擇用于有源層的材料。
[0129]在一些實(shí)施例中，可通過使用薄膜技術(shù)來形成PV電池。舉例來說，在一個(gè)實(shí)施例中，可通過將第一 TCO層沉積于襯底上而形成PV電池。將有源材料(或光吸收材料)層沉積于第一 TCO層上?？蓪⒌诙?TCO層沉積于有源材料層上。在一些實(shí)施例中，可將AR涂層沉積于第二 TCO層上?？墒褂美缥锢須庀喑练e技術(shù)、化學(xué)氣相沉積技術(shù)、電化學(xué)氣相沉積技術(shù)等沉積技術(shù)來沉積所述層。薄膜PV電池可包含例如薄膜多晶硅、CIS、CdTe或CIGS等多晶材料。薄膜PV電池的一些優(yōu)點(diǎn)尤其為小裝置占用區(qū)域和制造工藝的可縮放性。
[0130]圖10是示意性說明典型薄膜PV電池1000的框圖。典型PV電池1000包括光可通過的玻璃襯底1001。安置于玻璃襯底1001上的是第一透明電極層1002、包含非晶硅的PV材料層1003、第二透明電極層1005和包含鋁或例如Mo、Ag、Au等某一其它金屬的反射體1006。第二透明電極層1005可包含ΙΤ0?？蓳诫s有源材料的部分以形成η-型區(qū)域和P-型區(qū)域且可不摻雜有源材料的一部分以產(chǎn)生P-1-n結(jié)構(gòu)。在一種設(shè)計(jì)中，第一透明電極層的厚度可大致為900nm而PV材料的厚度可大致為330nm。在一種設(shè)計(jì)中，第二透明電極層1005具有大致80nm的厚度且反射體1006具有大致300nm的厚度。如所說明，第一透明電極層1003與第二透明電極層1005之間夾入非晶娃層1003。反射體層1006安置于第二透明電極層1005上。在PV電池中，光子在有源層或吸收層中被吸收且一些被吸收的光子可產(chǎn)生電子空穴對(duì)。
[0131]比較圖10與圖3，觀察到MOD與典型PV裝置的結(jié)構(gòu)具有類似性。舉例來說，圖3中所說明的IMOD與圖10中所說明的PV電池每一者包含包括多個(gè)層的堆疊結(jié)構(gòu)。IMOD與PV裝置兩者還包含安置于襯底(例如，圖3的301和圖10的1001)上的光吸收層(例如，圖3的303和圖10的1003)。可選擇光吸收層以使得對(duì)于MOD與PV電池兩者具有類似性質(zhì)。圖3的MOD與圖10的PV電池兩者均包含反射體(例如，圖3的305和圖10的1006)。因此，可想得到，可將調(diào)諧IMOD以提供電場(chǎng)在其各種層中的所需分布和所得輸出的能力應(yīng)用于PV裝置。舉例來說，可將光學(xué)諧振腔包括在有源層(例如，圖10的光吸收層1003)下方以調(diào)諧PV裝置從而降低除有源層或吸收層1003外的所有層中的吸收以增加有源層或吸收層1003中的吸收，且在某種意義上，據(jù)稱可將頂OD并入PV電池中或可將PV電池并入IMOD中。
[0132]在例如圖10中所說明的PV電池的常規(guī)PV電池中，按照慣例相信PV材料層1003中的吸收通過層1005的引入來增強(qiáng)。因此，第二透明電極1005稱作反射增強(qiáng)層。按照慣例還相信，有源層中的吸收隨著第二透明電極層1005的厚度線性地增加(見例如B.L.思博路(B.L.Sopori)等人的“a_Si太陽能電池中的光設(shè)陷:PV光學(xué)的結(jié)果的概述(Light-Trapping in a_Si Solar Cells:A Summary of the Results from PV Optics)，，，國(guó)家光伏規(guī)劃核準(zhǔn)會(huì)議中心，科羅拉多州，丹佛市(Nat1nal Center for PhotovoltaicsProgram Review Meeting, Denver, Colorado), 1988 年 9 月 8-11 日)。一般來說，層 1005的包括并不會(huì)增加反射體層1006的反射。另外，有源層中的吸收并不會(huì)如按照慣例相信的必定隨著第二透明電極層1005的厚度線性地增加。如下文所證明，一般來說，第一電極層1002和第二電極層1005的厚度可具有吸收最大化的最佳點(diǎn)。
[0133]另外，在一些常規(guī)設(shè)計(jì)中，改變電極層1005和反射體層1006的厚度以使從PV電池反射的光的總量最小化。假設(shè)是:如果光未從PV電池反射，那么此光被吸收且光伏裝置的總效率增加。為此，可使反射體1006的表面變粗糙以便更具漫射性以減小從反射體的鏡面反射。這些方法可潛在地產(chǎn)生看來像是黑色的PV電池。然而，上文所描述的旨在減小來自PV裝置的反射以及僅產(chǎn)生看來像是黑色的PV電池的方法可能不足以增加吸收層或有源層1003中的吸收，且因此可能不足以增加光伏裝置的效率。
[0134]此類常規(guī)方法增加PV電池的效率的成功受到限制。然而，如上所述，可使用干涉原理來“調(diào)諧"PV裝置中的所述一個(gè)或一個(gè)以上層并優(yōu)化PV電池以使得更多光可被吸收層1003吸收。舉例來說，可將用于MOD的設(shè)計(jì)中的干涉原理應(yīng)用于PV電池的制造?？蓪⒃谟性磳又挟a(chǎn)生電場(chǎng)諧振的光學(xué)諧振腔包括在PV電池中，借此增加有源層中的電場(chǎng)強(qiáng)度和吸收。如將展示，(例如)可通過用包含氣隙或例如S12等透明非傳導(dǎo)電介質(zhì)的光學(xué)諧振腔替換第二透明電極層1005來實(shí)現(xiàn)增加有源層(或光吸收層1003)中的吸收。然而，通過用光學(xué)諧振腔替換透明電極層1005并不一定增強(qiáng)反射體的反射，光學(xué)諧振腔包含可干涉地增加有源層中的吸收的低吸收層。
[0135]為了演示可如何增加太陽能電池的效率，研究圖1lA中所展示的常規(guī)太陽能電池設(shè)計(jì)。圖1lA說明包含Cu(IniGa)Se2' CIGS/CdS' PV堆疊的PV電池。PV電池包含ITO或ZnO傳導(dǎo)電極層1101、包含CdS的η-型材料層1102、包含CIGS的ρ-型材料層1103、包含Mo的反射體層1104和玻璃襯底1105。如上所述，圖1lA中所說明的PV電池的效率可通過將MOD結(jié)構(gòu)和由MOD利用的干涉原理并入PV電池中來增力口。此可通過引入如圖1lB到圖1IH中所展示的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)光學(xué)諧振層來實(shí)現(xiàn)。在各種實(shí)施例中，光學(xué)諧振層在有源層中弓I入電諧振，借此增加其中的平均電場(chǎng)。在下文的描述中，出于清晰起見，采納以下命名慣例。夾在吸收層與反射體層之間的光學(xué)諧振層稱作'光學(xué)諧振腔'，而安置于堆疊中的其它地方的光學(xué)諧振層稱作'光學(xué)諧振層'。描述腔或?qū)拥男g(shù)語諧振(resonant和resonance)在本文中可交換地使用。
[0136]在圖1lB中，包含ITO的光學(xué)諧振腔1106夾在有源材料或吸收材料(層1102和1103)與反射體層1104之間。在圖1lC中所說明的實(shí)施例中，光學(xué)諧振腔1106包含中空區(qū)域。在如圖1ic中所展示的一些實(shí)施例中，中空區(qū)域包含空氣或其它氣體。除有源層外，用氣隙替換ITO層可降低所有層(例如，包括光學(xué)諧振腔)中的吸收。對(duì)于一些實(shí)施例，用于光學(xué)諧振腔的材料的選擇因此可為重要的。舉例來說，其中光學(xué)諧振腔包含空氣或S12的實(shí)施例(如圖1lD中所展示)可比包含ITO的光學(xué)諧振腔(如圖1lB中所展示)更多地增加有源層中的吸收。圖1lB到圖1lD中所說明的實(shí)施例包含包括單一材料或介質(zhì)(光穿過其傳播)的光學(xué)諧振腔。在例如圖1lE到圖1lH中所展示的各種實(shí)施例中，經(jīng)干涉調(diào)諧的光伏(iPV)電池可包含包括兩個(gè)或兩個(gè)以上層的復(fù)合光學(xué)諧振腔。舉例來說，在圖1lE中所說明的實(shí)施例中，光學(xué)諧振腔包含ITO層1106a和空氣層1106b。圖1lF中所展示的實(shí)施例包含包括ITO層1106a和S12層1106b的復(fù)合光學(xué)諧振腔。圖1lG中所展示的實(shí)施例包含包括S12層1106a和氣隙1106b的復(fù)合光學(xué)諧振腔。圖1lH中所展示的實(shí)施例可包含ITO層1106&、5丨02層1106b和氣隙1106c。因此，在各種實(shí)施例中，光學(xué)諧振腔和其它光學(xué)諧振層可包含一個(gè)或一個(gè)以上透明傳導(dǎo)或非傳導(dǎo)材料(例如，傳導(dǎo)或非傳導(dǎo)氧化物或氮化物層)。也可使用其它材料。所述層可為部分透明的。
[0137]在一些實(shí)施例中，光學(xué)諧振腔(或?qū)?可為動(dòng)態(tài)的。如圖1lI中所展示，(例如)反射體層1107可與有源層以柱子1107分開。反射體層1104可為可移動(dòng)的且(明確地說)可朝著有源層或遠(yuǎn)離有源層移動(dòng)，借此改變光學(xué)諧振腔的厚度。反射體層1104的移動(dòng)可通過將電壓施加在反射體層1104與ITO層1101之間以產(chǎn)生靜電力來誘發(fā)?？蓜?dòng)態(tài)地調(diào)諧光學(xué)諧振腔(例如)以隨著環(huán)境條件的改變來變更有源層的吸收特征。圖1lJ展示替代實(shí)施例，其中光學(xué)諧振腔是包含S12層1106a和氣隙1106b的復(fù)合諧振腔。包含S12的電介質(zhì)層1106a可用于電隔離閉合狀態(tài)中的電極1101、1104。下文闡釋增加iPV電池的吸收效率的過程。
[0138]一般來說，光學(xué)堆疊可包含多個(gè)層，其中層之間的每一界面將反射入射光的某一部分。一般來說，界面還允許入射光的某一部分通過(除了可能為最后層外)。圖12展示從具有未指定數(shù)目的層的一般化iPV裝置的各種層反射的入射光。如上文參看圖4A所闡釋，入射在iPV裝置的層1201上的由電場(chǎng)Ei表征的傳入波被部分反射且部分透射。透射波由電場(chǎng)E1,^來表征,其朝著圖式的右方傳播。此波的由電場(chǎng)E' ?表征的一部分入射在層1202與1203的界面處。其中的SEj,,表征的一部分透射到吸收層1203中。透射輻射的一部分在吸收體1203中被吸收。所述波的由電場(chǎng)P ρ表征的未被吸收的部分入射在層1203與1204的邊界處。入射場(chǎng)E, j,r的由Ej+1,r表征的一部分透射到光學(xué)諧振腔1204中。在金屬導(dǎo)體/反射體1205部分透射的狀況下，傳入波Ei的由電場(chǎng)Et表征的一小部分透射出iPV。
[0139]入射福射的一部分同樣在各種層的界面處反射。舉例來說，電場(chǎng)Ej+1, i表不電場(chǎng)Ej+1j的從層1204與1205的邊界反射的部分且因此朝著圖式的左方傳播。類似地，電場(chǎng)E'」,1;Ε」,1;Ε' & ^PE1, i表示在iPV裝置中朝著層1201傳播的波。反射波^由從iPV裝置的各種層反射的波的疊加來給出。可使用矩陣方法以及用于各種界面的反射系數(shù)和透射系數(shù)及由于橫穿所述層而產(chǎn)生的相位的值來計(jì)算進(jìn)入和脫離給定界面的電場(chǎng)。一旦給定層(例如，有源層)中的電場(chǎng)已知，就可確定所述給定層中的吸收?？捎?jì)算進(jìn)入吸收層1203中和脫離(例如)吸收層的坡印廷(Poynting)向量的時(shí)間平均量值或時(shí)間平均能通量(每一單位標(biāo)準(zhǔn)面積的時(shí)間平均功率)。因此可通過從進(jìn)入吸收層1203中的總功率減去脫離吸收層1203的功率的量來計(jì)算被吸收層1203吸收的總功率。在各種實(shí)施例中，可增加進(jìn)入吸收層1203中的坡印廷向量的時(shí)間平均量值與脫離吸收層1203的坡印廷向量的時(shí)間平均量值的比率以增加iPV裝置的效率。
[0140]iPV電池的任一層(例如，吸收層)中所吸收的功率可取決于如上所述的整個(gè)iPV堆疊。iPV電池的任一層中所吸收的能量的量與層的折射率(η)、層的消光系數(shù)(k)、層中的電場(chǎng)振幅的平方(|E(X) I2)和層的厚度(t)成正比例。一種增加或優(yōu)化iPV裝置中的能量吸收的方法為降低在環(huán)繞吸收層的層中所吸收的能量的量且增加在吸收層中所吸收的能量的量?？?例如)通過選擇具有低nXk值的材料、減小環(huán)繞層的厚度或通過降低環(huán)繞層中的電場(chǎng)強(qiáng)度或這些方法的任一組合來降低在環(huán)繞吸收層的層中所吸收的能量的量。舉例來說，在一種優(yōu)化方法中，可使用以下的一者或一者以上來增加iPV電池的吸收層中的電場(chǎng)。A)可調(diào)整iPV堆疊的各種層的材料和厚度以使得到達(dá)有源層的反射和透射電場(chǎng)建設(shè)性地干涉。B)可(例如)至少部分由于相消干涉而減小iPV裝置的除有源層外的層中的電場(chǎng)強(qiáng)度。C)可選擇用于光學(xué)諧振腔的材料，所述材料具有提供(例如)適當(dāng)相移和反射的所需或最佳折射率(η)以及低折射率(η)和/或低消光系數(shù)常數(shù)(k)，以使得光學(xué)諧振腔具有對(duì)于對(duì)應(yīng)于有源層的帶隙的波長(zhǎng)的低吸收，以使得被有源層轉(zhuǎn)換成電能的光較少被光學(xué)諧振腔吸收。在一些實(shí)施例中，光學(xué)諧振腔的組成和厚度可為使得(例如)對(duì)于具有與有源層的帶隙均等的能量的波長(zhǎng)，吸收體中的電場(chǎng)增加。D)更大體來說，可在除有源層外的那些層中使用(例如)(對(duì)于具有與有源層的帶隙均等的能量的波長(zhǎng))折射率η與消光系數(shù)k的乘積較低的材料?？赏ㄟ^減小iPV裝置的除有源層外的層中的電場(chǎng)強(qiáng)度和/或在那些層中使用具有低折射率和/或消光系數(shù)k值的材料減小吸收來實(shí)現(xiàn)iPV裝置的除有源層或吸收層外的所有層中的能量吸收的降低。E)還可(明確地說)在除有源層外的其中電場(chǎng)強(qiáng)度高的那些層中使用具有低η和/或k值以及因此低吸收的材料。
[0141]為了優(yōu)化iPV裝置以用于有源層或吸收層中的增加的吸收，可選擇光學(xué)諧振腔的厚度以通過干涉效應(yīng)增加有源區(qū)域中的光的強(qiáng)度。在一些實(shí)施例中，在iPV電池的設(shè)計(jì)階段期間通過使用模擬軟件和數(shù)字例程選擇或優(yōu)化光學(xué)諧振腔中的間隙的厚度。還可通過進(jìn)一步在并入有頂OD的圖1lB到圖1lF的PV電池結(jié)構(gòu)中并入MEMS引擎或平臺(tái)而實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地改變光學(xué)諧振腔中的間隙的厚度。(見，例如圖1lG和圖11H)。然而，在各種實(shí)施例中，間隙為固定的。在一些實(shí)施例中，除改變或優(yōu)化光學(xué)諧振腔的厚度外，還可改變或優(yōu)化有源層的厚度以增加有源層或吸收層的吸收效率。
[0142]圖13是制造iPV裝置1300的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。工藝從開始1302開始且接著移動(dòng)到狀態(tài)1304，在狀態(tài)1304中，iPV裝置設(shè)計(jì)者識(shí)別一組設(shè)計(jì)特征和/或制造約束。iPV裝置包含包括多個(gè)層的光學(xué)堆疊。一般來說，所述層包括有源層和光學(xué)諧振層(例如，光學(xué)諧振腔)。額外層可包括(例如)電極，和電隔離層。在一些實(shí)施例中，光學(xué)諧振層包含電極、電隔離層或除增加有源層中的吸收外具有另一功能的層。由于一個(gè)或一個(gè)以上原因而可能需要約束這些層中的任一者的各種參數(shù)(例如，厚度，材料)。設(shè)計(jì)特征和/或制造約束可包括(例如)一個(gè)或一個(gè)以上電極層的平面內(nèi)電阻以使得收集的電子用于電而不是作為熱量消散以及吸收于非有源層中。另外，因?yàn)橛性磳又械奈杖Q于堆疊中的所有層的厚度以及所使用的特定材料兩者，所以在某些實(shí)施例中仔細(xì)地選擇受約束層的此類材料和層厚度。
[0143]所述方法接著移動(dòng)到狀態(tài)1306，在狀態(tài)1306中，選擇或優(yōu)化不受約束的參數(shù)以增加有源層的效率(例如，吸收效率)。在一個(gè)實(shí)施例中，優(yōu)化效率包含基于至少一個(gè)設(shè)計(jì)特征識(shí)別效率的最大值。在一些實(shí)施例中，可對(duì)于特定波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍(例如，太陽光譜、可見光譜、紅外線光譜、紫外線光譜)優(yōu)化效率。所述范圍可為至少10nm寬、200nm寬、300nm寬、400nm寬、500nm寬、600nm寬等。用于增加或優(yōu)化特定層中在特定波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍下的吸收的過程可涉及基于光學(xué)堆疊中的所有層或大部分層的計(jì)算。對(duì)于某些實(shí)施例，可計(jì)算每一分層材料的精確厚度以增加或優(yōu)化有源層中對(duì)于特定波長(zhǎng)或特定波長(zhǎng)范圍的吸收。
[0144]在一些實(shí)施例中，所述層包含薄膜層。因此，在設(shè)計(jì)過程中可將所述層視為薄膜?！氨∧ぁ笨删哂行∮诨虼蠹s為入射光的相干長(zhǎng)度的厚度(例如，小于5000nm)。對(duì)于薄膜，在稱作相干疊加的狀況中考慮光的相位以用于確定由于多次反射而產(chǎn)生的強(qiáng)度水平。如上所述，可經(jīng)由對(duì)來自iPV裝置的多個(gè)界面的反射的相干總和的分析來優(yōu)化有源層的吸收效率。在一些實(shí)施例中，使用此類相干總和來計(jì)算來自給定層的能量輸入和輸出以確定層(例如，有源層)中的吸收，且同樣確定其吸收效率。在此過程中可使用坡印廷向量。所述方法中的其它步驟還可包括常規(guī)光伏裝置內(nèi)的層的刪除或替換。
[0145] 在一些實(shí)施例中，通過增加或優(yōu)化吸收效率Π abs來增加或優(yōu)化總效率。然而，如上所述，總吸收效率決于在有源層中吸收光以形成電子空穴對(duì)的效率Habs與電極收集電子空穴對(duì)的效率

打 collect1n 兩者。
[one] 可使用干涉式原理來通過增加或優(yōu)化上文所界定的參數(shù)nabs和nrallec;tim中的一者或兩者而增加或優(yōu)化總轉(zhuǎn)換效率！!。胃心。舉例來說，在一些實(shí)施例中，可在不考慮收集效率η的情況下優(yōu)化或最大化吸收效率nabs。然而，經(jīng)改變以增加或優(yōu)化吸收效率nabs的參數(shù)還可影響收集效率舉例來說，可變更電極的厚度或有源層的厚度以增加有源層中的吸收，然而，此厚度調(diào)整還可影響收集效率。因此，在一些實(shí)施例中，可執(zhí)行優(yōu)化以使得考慮和/或優(yōu)化收集效率nMllK;ti()n與吸收效率nabs兩者以實(shí)現(xiàn)增加的或優(yōu)化的總效率nOTCTall。在某些其它實(shí)施例中，可遞歸地優(yōu)化吸收效率nabs與收集效率nMllK;tim以使總效率最大化。優(yōu)化過程中還可包括其它因素。在一些實(shí)施例中，(例如)優(yōu)KiPV裝置的總效率可基于熱消散或者一個(gè)或一個(gè)以上非有源層中的吸收。
[0147]所述方法接著進(jìn)行到狀態(tài)1308，在狀態(tài)1308中，根據(jù)制造約束和優(yōu)化要素制造光伏裝置。一旦設(shè)計(jì)者已完成狀態(tài)1308,所述方法就在結(jié)束狀態(tài)1310處終止。應(yīng)理解,可包括其它步驟以改進(jìn)或優(yōu)化光伏裝置。
[0148]圖14說明用于圖1lA到圖1lC中所描述的實(shí)施例中的每一者的在從大致400nm到大致IlOOnm的波長(zhǎng)區(qū)域中的模擬吸收的曲線圖。曲線1401是用于圖1lA中所說明的實(shí)施例的吸收層1103中的吸收率。曲線1402是用于圖1lB中所說明的實(shí)施例的吸收層1103中的吸收率。曲線1403是用于圖1lC中所說明的實(shí)施例的吸收層1103中的吸收率。如圖14中所說明，根據(jù)曲線1402，在等于大致550nm的波長(zhǎng)下，圖1lB中所說明的實(shí)施例的吸收層中的模擬吸收比曲線1401中所展示的圖1lA的實(shí)施例的吸收層中的對(duì)應(yīng)模擬吸收值高大致28%。另外，根據(jù)曲線1403，在等于大致550nm的波長(zhǎng)下，圖1lC中所說明的實(shí)施例的吸收層中的模擬吸收比曲線1401中所展示的圖1lA的實(shí)施例的吸收層中的對(duì)應(yīng)模擬吸收值高大致35%。因此，與圖1lA中所說明的實(shí)施例相比，圖1lB和圖1lC中所說明的包含光學(xué)諧振腔的實(shí)施例展示有源區(qū)域中有大致10% -35%的吸收改進(jìn)。曲線1402與1403的比較展示在圖1lB中所說明的光學(xué)諧振腔中包含ITO層的實(shí)施例與圖1lC中所說明的光學(xué)諧振腔中包含空氣或S12的實(shí)施例之間，圖1lC中所說明的實(shí)施例在吸收層1103中具有較高吸收。此結(jié)果可闡釋如下:有源層或吸收層中的電場(chǎng)強(qiáng)度高。吸收層外部的光學(xué)諧振腔層中的電場(chǎng)快速降低但不會(huì)變成零。在具有與吸收層的帶隙均等的能量的波長(zhǎng)(例如，在300nm與800nm之間的波長(zhǎng))中ITO的折射率n與消光系數(shù)k的乘積低，但其不低于在具有與吸收層的帶隙均等的能量的波長(zhǎng)中空氣或S12的折射率n與消光系數(shù)k的乘積。因此，光學(xué)諧振腔中的ITO層比空氣(或S12)層顯著地吸收更多輻射。此導(dǎo)致降低吸收層中的吸收。在曲線1403中可觀察到，當(dāng)被優(yōu)化時(shí)，圖1lC中所展示的實(shí)施例的有源層中的模擬吸收在從500nm到700nm的波長(zhǎng)范圍中大致為90%。
[0149]圖15A說明單一p-1-n接面非晶硅太陽能電池結(jié)構(gòu)的圖。此裝置類似于米羅?澤曼(Miro Zeman)在由J.普爾特曼斯(J.Poortmans)和V.阿爾希波夫(V.Arkhipov)編輯的(約翰威立父子出版公司，John Wiley和Sons), 2006年的“薄膜太陽能電池、制造、表征和應(yīng)用(Thin Film Solar Cells, Fabricat1n, Characterizat1n&Applicat1ns)，，的第五章第205頁中所揭示的裝置，不同之處在于PV電池包含多個(gè)ITO層(其替換由Miro Zeman揭示的TCO層和ZnO層)。圖15A中所展示的實(shí)施例包含紋理化玻璃襯底1501、大致900nm厚的第一 ITO層1502、大致330nm厚的p-1-n接面(其中區(qū)域1504包含a:Si)、80nm厚的第二 ITO層1506和300nm厚的Ag或Al層1507。各種層的厚度與由Miro Zeman揭示的厚度匹配，所述厚度經(jīng)選擇以便使由Miro Zeman揭示的整個(gè)堆疊中的總吸收最大化。此最大化通過改變各種層的厚度直到PV電池看來像是黑色來實(shí)現(xiàn)。圖15B中說明總吸收與波長(zhǎng)?？捎^察到，在PV堆疊中，所有波長(zhǎng)被均勻地吸收。圖15C中說明來自PV裝置的總反射與波長(zhǎng)。來自PV電池的總反射低且同樣PV電池呈現(xiàn)黑色。圖15D展示PV電池的吸收層或有源層1504中的吸收。圖15E到圖15G展示第一 ITO層1502、第二 ITO層1506和Ag或Al層1507中的吸收。如圖1?和圖15E中所說明，有源層1504中所吸收的輻射的量大致等于第一 ITO層1502中所吸收的輻射的量。因此，此設(shè)計(jì)為次佳的，因?yàn)樵究赡鼙挥性磳?504轉(zhuǎn)換成電能的光改為在第一 ITO層1502中被吸收。第二 ITO層1506和Ag或Al層1507中的吸收的量可忽略。
[0150]然而，圖15A的PV堆疊可通過應(yīng)用上文所描述的MOD設(shè)計(jì)的干涉原理來優(yōu)化。在一些實(shí)施例中，用于P、i和η層的折射率η和消光系數(shù)k的值可大體上彼此類似，且可在優(yōu)化過程中將P、i和η層考慮為具有三個(gè)相異層的組合厚度的單一層。在一個(gè)實(shí)施例中，可通過保持有源層1504的厚度恒定同時(shí)改變第一 ITO層1502和第二 ITO層1506的厚度來執(zhí)行優(yōu)化。圖16Α說明有源層或吸收層中所吸收的積分能量與第一 ITO層1502和第二 ITO層1506的厚度的輪廓曲線圖1600。圖16Α中的每一點(diǎn)是當(dāng)通過對(duì)應(yīng)χ(水平)和y (垂直)軸給出第一 ITO層1502和第二 ITO層1506的厚度時(shí)有源層中的積分吸收(波長(zhǎng)上積分的吸收)。陰影越淡，有源層的總吸收越大。在輪廓曲線圖1600中，當(dāng)?shù)谝?ITO層1502和第二 ITO層1506的厚度分別大致為54nm和91nm時(shí)，實(shí)現(xiàn)最大吸收1610。因此，當(dāng)?shù)谝?ITO層1502的厚度從900nm顯著減小到54nm時(shí)，發(fā)生增加的或最佳吸收效率。圖16A的曲線圖展示:與常規(guī)看法相反，有源層中的吸收不會(huì)隨著ITO層的厚度的增加而線性地增加。相反，吸收隨著厚度非線性地改變且可能存在使有源層中的吸收最大化的ITO厚度的最佳厚度。有源層1504中的吸收的增加很大程度上由于第一 ITO層中所吸收的輻射的量的顯著減小。因此可使用輪廓曲線圖1600來確定堆疊中的電極層的所需或最佳厚度以便增加特定有源層1504中的吸收效率。
[0151]圖16B展示優(yōu)化的PV堆疊的有源層中的吸收。圖16A與圖1?的比較展示:優(yōu)化的PV堆疊的有源層中的吸收增加了非優(yōu)化PV堆疊的有源層中的吸收的大致兩倍。圖16C展示優(yōu)化的PV堆疊中的總吸收與波長(zhǎng)。吸收曲線展示紅色周圍的波長(zhǎng)區(qū)域中的較少吸收。因此，觀測(cè)優(yōu)化的PV堆疊的觀測(cè)者將觀察到，PV電池顯紅黑色(與非優(yōu)化PV堆疊的完全黑色外觀相對(duì)比)。此實(shí)例證明:在一些實(shí)施例中，顯黑色的PV電池不一定在有源層中具有最高吸收量。在一些實(shí)施例中，有源層中的最高吸收量伴隨著具有除全黑外的某一顏色的裝置出現(xiàn)。有利地，在某些實(shí)施例中，如上所述，PV吸收體中的能量的增加的吸收導(dǎo)致PV電池的總能量轉(zhuǎn)換效率的線性增加。
[0152]圖17說明類似于圖1lA中所說明的裝置的光伏裝置1700的圖。圖17的光伏裝置1700包含包括有源區(qū)域1701的薄膜層，有源區(qū)域1701包含Cu (In，Ga) Se2 (“CIGS”)(ρ-型層)1706，和CdS (η-型層)1707，其中有源區(qū)域1701未經(jīng)優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)有源區(qū)域中的最大吸收效率。圖17中所展示的光伏裝置類似于由Krc等人在“Cu(In，Ga) Se2太陽能的光學(xué)和電模擬(Optical and Electrical Modeling of Cu (In, Ga) Se2Solar Cells)”(光電子學(xué)和量子電子學(xué)，Optical 細(xì) QuantumEleotqnics), ((2006)38:1115-1123( “Krc 等人”))中所揭示的裝置。此實(shí)施例包含玻璃襯底1702、ITO或ZnO電極層1703、多晶Cu (In，Ga) Se2 (CIGS)(P-型層)2206、CdS (η-型層)1707和Mo或Al反射體層1708。
[0153]圖18Α到圖18C包含由Krc等人報(bào)告的裝置中的CIGS(p-型層)1706和CdS(n-型層)1707的模擬吸收率與波長(zhǎng)的一系列曲線圖。圖18A展示在大致400nm到大致800nm的波長(zhǎng)范圍上的CIGS (ρ-型層)1706中大致60%的吸收率。從大致500nm到大致700nm，實(shí)現(xiàn)幾乎70%的吸收率。圖18B說明在大致400nm到大致800nm的波長(zhǎng)范圍上的CdS(η-型層)1707吸收率的曲線圖，其中實(shí)現(xiàn)O %與20 %的吸收率的范圍。圖18C說明在大致400nm到大致SOOnm的波長(zhǎng)范圍上的用于有源區(qū)域1701的總吸收率的曲線圖。在此范圍上實(shí)現(xiàn)平均大致70%的吸收率。圖18A的模擬曲線圖的結(jié)果幾乎等同于如Krc中報(bào)告的圖2中所說明的CIGS層的所測(cè)量的吸收率。如下所述，當(dāng)在圖17的實(shí)施例中將光學(xué)諧振腔放置于有源區(qū)域1701與反射體層1708之間時(shí)，顯著地改進(jìn)Krc中和圖18A到圖18C中所說明的所測(cè)量的吸收率和模擬吸收率。
[0154]圖19A說明將光學(xué)諧振腔1910添加于圖17的有源區(qū)域1701與反射層1708之間之后的光伏裝置1900A的圖。明確地說，根據(jù)上文所描述的MOD設(shè)計(jì)的原理優(yōu)化光伏裝置1700。在此實(shí)施例中，光學(xué)諧振腔包含透明ITO或ZnO。包含CdS (η-型層)1907和CIGS (ρ-型層)1906的有源層1901的厚度和光學(xué)性質(zhì)(例如，折射率η和消光系數(shù)k)不改變。在另一實(shí)施例中，優(yōu)化過程不變更玻璃襯底1902和Mo或Al反射層1908的參數(shù)(例如，厚度和折射率)。改變ITO或ZnO電極層1904和光學(xué)諧振腔1910的厚度且借此增加有源區(qū)域1901中的吸收。ITO或ZnO電極層1904的優(yōu)化厚度大致為30nm且光學(xué)諧振腔1910的優(yōu)化厚度大致為70nm。接著如圖20A到圖20C所說明，模擬CIGS (ρ-型層)1906和CdS (η-型層)1907的吸收率。圖19B說明圖19A的替代實(shí)施例，其中光學(xué)諧振腔1910包含氣隙。
[0155]圖20A到圖20C包含圖19A的優(yōu)化光伏裝置1900A中的CIGS (ρ-型層)1906和CdS (η-型層)1907的模擬吸收率與波長(zhǎng)的一系列曲線圖。圖20A展示在大致400nm到大致800nm的波長(zhǎng)范圍上CIGS(p-型層)1906中的吸收率的模擬曲線圖，其說明大致60%到90%的吸收率。圖20B展示在大致400nm到大致800nm的波長(zhǎng)范圍上CdS (η-型層)1907中的吸收率的模擬曲線圖，其說明0%到30%的吸收率。圖20C展示在400nm到800nm的波長(zhǎng)范圍上CIGS (ρ-型層)1906和CdS (η-型層)1907的大致90%的總吸收的模擬曲線圖。因此，通過應(yīng)用上文對(duì)于圖17的實(shí)施例所描述的方法，在波長(zhǎng)范圍400nm到800nm上，組合CIGS (ρ-型層)1906與CdS (η-型層)1907的吸收效率增加大致20%。
[0156]圖21是已根據(jù)上文所描述的方法進(jìn)行優(yōu)化的iPV裝置2100的一個(gè)實(shí)施例的圖。光伏裝置2100包括有源區(qū)域2101。光伏裝置2100還包含玻璃襯底2102和安置于有源區(qū)域2101上的ITO層2104。有源區(qū)域2101包含CIGS (ρ-型層)2106和CdS (η-型層)2107。兩個(gè)金屬層2108Α和2108Β分別安置于玻璃襯底2102上(第一金屬層2108Α在第二金屬層2108Β上)。第一金屬層2108Α既為反射體也為電極。第二金屬層2108Β也為電極。電介質(zhì)材料2108c可安置于反射體2108a與電極2108b之間以使這些電路徑彼此電隔離。金屬層2108A與2108B每一者包含Mo或Al。在此實(shí)施例中，在第一金屬層2108A與有源區(qū)域2101之間產(chǎn)生包含氣隙的光學(xué)諧振腔2110?？諝饩哂斜绕渌牧系偷奈铡⑤^低k?？諝庖簿哂?.0的折射率。雖然出于吸收效率的目的，氣隙可為有效的，但空氣為電的非導(dǎo)體。因此，光伏將不起從吸收的光提供電流的作用。使用用于從有源層中吸引電荷的通路來解決此問題。因此，將第一金屬層2108A電連接到CIGS (ρ-型層)2106的通路為第一通路2111A。將第二金屬層2108B電連接到ITO層2104且通過光學(xué)諧振腔2110、CIGS (ρ-型層)2106和CdS (η-型層)2107的通路為第二通路2111B。此第二通路211IB可被絕緣層環(huán)繞以將通路與(例如)CIGS (ρ-型層)2106電隔離。當(dāng)優(yōu)化時(shí)，ITO層2104具有15nm的厚度，CdS (η-型層)2107具有40nm的厚度，CIGS (ρ-型層)2106具有360nm的厚度且氣隙光學(xué)諧振腔2110具有150nm的厚度。氣隙光學(xué)諧振腔2110可用二氧化硅或二氧化鎂或另一透明電介質(zhì)(例如，MgF2或此項(xiàng)技術(shù)中已知的其它合適材料)來替換。在各種實(shí)施例中，使用具有低η X k值的電介質(zhì)。在此類實(shí)施例中，第一通路211IA可將底電極有利地連接到CIGS (ρ-型吸收層)2106。在本文中所揭示的各種其它實(shí)施例以及尚待設(shè)計(jì)的包括包含非傳導(dǎo)材料的光學(xué)諧振層(例如，光學(xué)諧振腔)的實(shí)施例中，可使用通路來提供穿過此類非傳導(dǎo)層的電連接。
[0157]圖22是圖21中所說明的實(shí)施例的圖，移除了通路2111B和金屬電極層2108B?？?例如)通過接觸頂部光學(xué)諧振層2204而進(jìn)行電接觸，頂部光學(xué)諧振層2204可包含例如傳導(dǎo)氧化物的透明傳導(dǎo)材料。
[0158]圖23是除移除ITO層2104的外類似于圖21的實(shí)施例的光伏裝置2300的一個(gè)實(shí)施例的圖。因此，光伏裝置2300包含玻璃襯底2302和安置于第二金屬層2308B上的第一金屬層2308A,第二金屬層2308B安置于玻璃襯底2302上。氣隙光學(xué)諧振腔2310將第一金屬層2308A與CIGS (ρ-型層)2306和CdS (η-型層)2307分開。如上文，第一金屬層2308Α為反射體以及通過第一通路2311Α而電連接到CIGS (ρ-型層)2306的基底的電極。類似地，第二金屬層2308B包含通過第二通路231IB而電連接到CdS (η-型層)2307的頂部的電極。當(dāng)優(yōu)化時(shí)，CdS (η-型層)2307具有40nm的厚度，CIGS (ρ-型層)2306具有360nm的厚度且氣隙光學(xué)諧振腔2310具有150nm的厚度。類似于上文的論述，氣隙光學(xué)諧振腔3010可用二氧化硅或二氧化鎂或另一電介質(zhì)來替換。在此類實(shí)施例中，第一通路231IA可將電極2308A有利地連接到CIGS (ρ-型吸收層)2306。
[0159]圖24是在大致400nm到大致IlOOnm的波長(zhǎng)范圍上圖23的光伏裝置2300的CIGS(p-型層)中的模擬吸收的曲線圖。所述曲線圖說明CIGS(p-型層)在大致500nm到大致750nm的范圍中展示出高于90%的吸收效率。
[0160]一般來說，可通過適當(dāng)選擇與層相關(guān)聯(lián)的參數(shù)(例如，材料和尺寸)而將這些提供有源層中的增加的吸收的層包括在PV裝置中?？烧{(diào)整這些層中的一者的一個(gè)或一個(gè)以上參數(shù)同時(shí)保持其它層的參數(shù)固定，或，在某些實(shí)施例中，可調(diào)整一個(gè)或一個(gè)以上層的一個(gè)或一個(gè)以上參數(shù)以提供有源層中的增加的吸收。在一些實(shí)施例中，可調(diào)整所有層的一個(gè)或一個(gè)以上參數(shù)以獲得有源層中的增加的吸收。在各種實(shí)施例中，可在設(shè)計(jì)階段(例如)通過計(jì)算不同參數(shù)對(duì)吸收的影響而調(diào)整這些參數(shù)。可使用優(yōu)化程序。還可使用一系列其它技術(shù)來獲得產(chǎn)生改進(jìn)的性能的參數(shù)值。
[0161]圖25A (例如)展示如何可將光學(xué)諧振層2506和光學(xué)諧振腔2503包括在光伏裝置中且可調(diào)諧光學(xué)諧振層2506和光學(xué)諧振腔2503以提供增加的吸收。此裝置是圖19A和圖19B中所展示的裝置的更一般化型式?？筛淖児鈱W(xué)諧振層2506和光學(xué)諧振腔2503的參數(shù)(例如，厚度)以干涉地調(diào)諧裝置且產(chǎn)生有源層中的增加的吸收。
[0162]在一些實(shí)施例中，光學(xué)諧振層2506和光學(xué)諧振腔2503可包含電極層。然而，在各種實(shí)施例中，光學(xué)諧振層2506和光學(xué)諧振腔2503中的任一者或兩者可包含具有產(chǎn)生低nXk值的低消光(或吸收)系數(shù)(k)和/或低折射率(η)的材料。光學(xué)諧振層2506和光學(xué)諧振腔2503中的一者或兩者可包含(例如)低nXk值。如上所述，(例如)光學(xué)諧振腔2503可包含空氣或例如S12等電介質(zhì)或例如類似ITO或ZnO的TCO等電傳導(dǎo)材料。也可使用具有低或大致零的k的其它材料以便提供低nXk值。其它材料是可能的。類似地，光學(xué)諧振層2506可包含空氣、具有低消光(或吸收)系數(shù)(k)的電介質(zhì)材料；或例如類似ITO或ZnO的TCO等電傳導(dǎo)材料；或具有低nXk值的任何其它材料。再者，也可使用其它材料。
[0163]在某些實(shí)施例中，將混合或復(fù)合結(jié)構(gòu)用于光學(xué)諧振腔和/或光學(xué)諧振層。舉例來說，光學(xué)諧振腔和/或光學(xué)諧振層可包含空氣/電介質(zhì)、導(dǎo)體/電介質(zhì)、空氣/導(dǎo)體組合或混合物。
[0164]在所展示的實(shí)施例中，PV電池的有源層包含η-型⑶S層2505和ρ-型CIGS層2504。在其它實(shí)施例中，有源層可包含其它材料?？赏ㄟ^使用薄膜制造技術(shù)將光學(xué)堆疊沉積于襯底2501上。襯底2502可包含玻璃或其它適宜的材料。在一些實(shí)施例中，反射體2502可沉積于襯底與光學(xué)堆疊(包含被光學(xué)諧振層環(huán)繞的有源層和光學(xué)諧振腔)的剩余者之間。反射體可由Al、Mo或例如金屬或電介質(zhì)的其它反射材料形成。在一些實(shí)施例中，反射體可包含單一或復(fù)合材料。
[0165]還可選擇圖25Α的反射體2502以優(yōu)化某些參數(shù)。舉例來說，可選擇反射體層2502的材料和厚度以便增加或優(yōu)化某一波長(zhǎng)范圍上的反射率。在其它實(shí)施例中，可選擇反射體以反射某一范圍的波長(zhǎng)(例如，紅色)且吸收另一范圍的波長(zhǎng)(例如，藍(lán)色)。
[0166]如上所述，光學(xué)諧振腔2503和光學(xué)諧振層2506可包含例如ITO或SnO2的TC0。在其它實(shí)施例中，光學(xué)諧振腔和光學(xué)諧振層可包含透明電介質(zhì)材料或氣隙或其組合。用于光學(xué)諧振腔2503和光學(xué)諧振層2506的材料不需要相同。圖25Β說明iPV電池的實(shí)施例，其中光學(xué)諧振腔2503包含氣隙或例如S12等電介質(zhì)材料且光學(xué)諧振層2506還包含例如S12等非傳導(dǎo)層。為了提供來自有源層的電子的傳導(dǎo)路徑，如圖25B中所指示提供通路2507a和2507b。iPV電池包含如圖25B中所指示的反射體2502b和電極2502a。在一些實(shí)施例中，電極2502a可包含與反射體2502b相同的材料。反射體2502b和電極2502c可包含傳導(dǎo)材料。通路2507a終止于反射體2502b上且通路2507b終止于電極2502a上。可將金屬弓I線提供到兩個(gè)反射體以提供外部電連接。電介質(zhì)材料2502c可安置于反射體2502b與電極2502a之間以使這些電通路彼此電隔離。反射體2502a和2502b因此可用作用以使用通路從有源層中提取電力的電路徑。在其中光學(xué)諧振層2506包含傳導(dǎo)材料的那些實(shí)施例中，通路2507b可延伸直到光學(xué)諧振層2506?；蛘撸诖祟悓?shí)施例中，可將通路2507b完全消除。
[0167]圖25C說明包含安置于有源層與光學(xué)諧振腔2503之間的傳導(dǎo)ITO層2508的iPV電池的另一實(shí)施例。通路2507a和2507b提供用于來自有源層的電子的傳導(dǎo)路徑。通路2507a將ITO層2508連接到反射體2502b而通路2507b將η-型CdS層2505連接到電極2502a。ITO層2508與光學(xué)諧振腔2503可形成如圖1lE到圖1lH中所描述的復(fù)合光學(xué)諧振腔，且因此ITO可稱為光學(xué)諧振腔的一部分。
[0168]如上所述，可調(diào)整圖25A到圖25C中所展示的這些裝置中的層中的一者或一者以上的一個(gè)或一個(gè)以上參數(shù)以使用(例如)干涉原理或由于干涉效應(yīng)而提供有源層中的增加的吸收。
[0169]圖26展示比圖25A到圖25C中所展示的裝置簡(jiǎn)單的裝置。此PV裝置包括安置于iPV的有源層與反射體2602之間的光學(xué)諧振腔2603。iPV的有源層包含η-型CdS層2605和ρ-型CIGS層2604。反射體層2602可包含Α1、Μο或其它金屬/電介質(zhì)反射材料。如上所述，光學(xué)諧振腔可包含空氣、電介質(zhì)材料或具有低nXk值的透明傳導(dǎo)材料或其組合。也可使用其它材料。在一些實(shí)施例中，可移除反射體2602。如上所述，可調(diào)整此裝置中的層中的一者或一者以上的一個(gè)或一個(gè)以上參數(shù)以基于(例如)干涉原理提供有源層中的增加的吸收。在一些實(shí)施例中，可排除光學(xué)諧振腔2603且仍可優(yōu)化一個(gè)或一個(gè)以上層的一個(gè)或一個(gè)以上參數(shù)以提供有源層中的增加的吸收。
[0170]可基于不同層的光譜性質(zhì)而選擇不同層的參數(shù)。舉例來說，金在紅色周圍的波長(zhǎng)區(qū)域中具有高消光系數(shù)(k)且在藍(lán)色周圍的波長(zhǎng)區(qū)域中具有相對(duì)低的消光系數(shù)(k)。然而，金的折射率(η)在紅色周圍的波長(zhǎng)區(qū)域中低且在藍(lán)色周圍的波長(zhǎng)區(qū)域中高。因此，金在紅色周圍的波長(zhǎng)區(qū)域中的乘積nXk低且在藍(lán)色周圍的波長(zhǎng)區(qū)域中的乘積nXk高。因此，包含金的反射體將主要反射紅色周圍的波長(zhǎng)且吸收藍(lán)色周圍的波長(zhǎng)。因此，可通過選擇用于反射體的材料而使用反射體來調(diào)諧吸收，所述反射體的材料在對(duì)應(yīng)于有源層的有用光學(xué)吸收范圍的波長(zhǎng)范圍中具有低nXk值(其中光被吸收且轉(zhuǎn)換成電力)且在并非為有源層的有用光學(xué)吸收范圍中的波長(zhǎng)中具有高nXk值(例如，其中光能經(jīng)轉(zhuǎn)換成熱，此可降級(jí)裝置的操作)。舉例來說，如果不讓藍(lán)光進(jìn)入iPV裝置中為有利的，那么可能需要形成金的反射體1104。在一些實(shí)施例中，可選擇反射體材料以便吸收紅外線波長(zhǎng)。
[0171]同樣，如上所述，特定間隙距離的選擇將決定特定顏色(例如，紅色、綠色或黑色)是否被反射體層(例如，圖1lB到圖1lH的1104)反射。舉例來說，可選擇間隙距離以使得反射體在對(duì)應(yīng)于有源層或吸收層的帶隙的波長(zhǎng)區(qū)域中反射入射光的實(shí)質(zhì)部分且實(shí)質(zhì)部分隨后被有源層/吸收體吸收且因此MOD呈現(xiàn)黑色。然而，與旨在增加太陽能電池的效率的常規(guī)方法相反，上文所描述的優(yōu)化iPV裝置以用于有源層中的增加的吸收的方法可能并不總是與完全呈現(xiàn)黑色的裝置相關(guān)聯(lián)。在一些實(shí)施例中，裝置可(例如)呈現(xiàn)紅黑色或其它顏色。
[0172]圖27說明常規(guī)多接面光伏裝置2700的圖。光伏裝置2700包含玻璃襯底2702、透明電極2704A和2704B、有源層2706A、2706B和2706C以及反射層2708。在此實(shí)施例中，襯底2702包含玻璃，第一和第二透明電極2704A和2704B包含ΙΤ0，且反射層2708包含Al。第一有源層2706A經(jīng)配置以吸收藍(lán)光，第二有源層2706B經(jīng)配置以吸收綠光且第三有源層2706C經(jīng)配置以吸收紅光和紅外光。在一些實(shí)施例中，有源層2706A、2706B和2706C包含具有用于紅色、綠色或藍(lán)色的不同帶隙的類似材料。在一些實(shí)施例中，有源層2706A、2706B和2706C包含不同材料系統(tǒng)，例如硅、GaAs或此項(xiàng)技術(shù)中已知的其它材料的組合。
[0173]在多接面光伏裝置中，存在用于優(yōu)化光伏裝置的接面中的每一者中的能量吸收的眾多方法。舉例來說，一種方法可為將光學(xué)諧振腔安置于多接面有源層(例如，2706A-2706C)的組合堆疊與反射體2708之間。另一方法可為將光學(xué)諧振層安置于形成多接面光伏裝置的每一有源層之間且將光學(xué)諧振腔安置于光伏裝置的最后的有源層與反射體之間。下文詳細(xì)描述這兩種方法。
[0174]圖28A說明圖27中所說明的多接面光伏裝置的一個(gè)優(yōu)化型式的圖。在此實(shí)施例中，三個(gè)吸收體/有源層2806A、2806B和2806C經(jīng)配置以吸收“藍(lán)色”、“綠色”和“紅色與紅外線”波長(zhǎng)范圍中的光。這些吸收層夾在第一光學(xué)諧振層2804A與第二光學(xué)諧振腔2804B之間。光學(xué)諧振層2804A和光學(xué)諧振腔2804B可包含透明傳導(dǎo)電極、ΙΤ0、氣隙、S12或其它材料。如果光學(xué)諧振層或光學(xué)諧振腔包含非傳導(dǎo)材料，那么可使用如圖28B中所展示的通路來提供電連接性。標(biāo)簽“紅色、綠色和藍(lán)色”僅指代波長(zhǎng)的范圍且并非為(例如)紅色的真實(shí)波長(zhǎng)范圍。有源層可吸收其它波長(zhǎng)。另外，可包括更多更少的有源區(qū)域。其它變化是可能的。
[0175]圖29A說明多接面光伏裝置的一個(gè)優(yōu)化型式的圖，其中光學(xué)諧振層安置于每一有源層之間以及頂部有源層與襯底之間，且光學(xué)諧振腔安置于底部有源層與反射體之間。舉例來說，光學(xué)諧振層2904A安置于襯底2902與接面2906A之間。類似地，已添加光學(xué)諧振層2904B和2904C以形成光學(xué)諧振層與有源層2906A、2906B、2906C的交替堆疊。光學(xué)諧振腔2905安置于最后的有源層2906C與反射體2908之間。每一光學(xué)諧振層2904A-2804C和光學(xué)諧振腔2905可包含(例如)ΙΤ0、氣隙、S12或其它介質(zhì)。如果光學(xué)諧振層或光學(xué)諧振腔包含非傳導(dǎo)材料，那么可使用如圖29B中所展示的通路來提供電連接性。因此，光伏裝置2900的光學(xué)堆疊包含包括ITO的光學(xué)諧振層2904A、經(jīng)配置以吸收藍(lán)光范圍中的波長(zhǎng)的有源層2906A、光學(xué)諧振層2904B、經(jīng)配置以吸收綠光范圍中的波長(zhǎng)的有源層2906B、光學(xué)諧振層2904C、經(jīng)配置以吸收紅光和紅外光的范圍中的波長(zhǎng)的有源層2906C、光學(xué)諧振腔2905和反射體層2908?？苫谏衔乃枋龅母缮嬖韮?yōu)化多接面光二極管。在多接面光伏裝置的此模擬優(yōu)化圖中，(例如)可通過改變用于存在于光學(xué)堆疊中的其它層中的材料的厚度而增加每一有源層的吸收率。光伏裝置進(jìn)一步包括絕緣體2908C和電極2908A。
[0176]在一些實(shí)施例中，多接面光二極管包括比圖29A中所展示少的光學(xué)諧振層。舉例來說，在一個(gè)實(shí)施例中，可將光學(xué)諧振層2904A安置于襯底2902與有源層2906A中的一者之間且可排除其它光學(xué)諧振層2904B和2904C。在另一實(shí)施例中，可將光學(xué)諧振層2904B安置于有源層2906A與2906B之間且可排除其它光學(xué)諧振層2904A和2904C。在另一實(shí)施例中，可將光學(xué)諧振層2904C安置于有源層2906B與2906C之間且可排除其它光學(xué)諧振層2904A和2904B。在其它實(shí)施例中，可包括光學(xué)諧振層2904A、2904B、2904C中的一者以上且可排除一者?？砂ü鈱W(xué)諧振腔2905或?qū)⑵鋸乃鰧?shí)施例中的任一者中排除?？砂ǜ蠡蚋贁?shù)目的有源層。這些有源層可由除光學(xué)諧振層外的層分開?？墒褂酶蠡蚋贁?shù)目的光學(xué)諧振層。有源層、光學(xué)諧振層和光學(xué)諧振腔的數(shù)目、布置和類型因此可改變且可取決于設(shè)計(jì)和/或優(yōu)化過程。如上所述，標(biāo)簽“紅色、綠色和藍(lán)色”僅指代波長(zhǎng)的范圍且并非為(例如)紅光、綠光和藍(lán)光的真實(shí)波長(zhǎng)。有源層可吸收其它波長(zhǎng)，其它變化是可能的。
[0177]如上所述，可在設(shè)計(jì)和制造階段中使用上文所描述的方法優(yōu)化光伏裝置的不同實(shí)施例中的每一層的組成和/或厚度以增加有源層中的吸收和降低反射。(例如)可使用如上所述的MOD設(shè)計(jì)原理來優(yōu)化iPV實(shí)施例。在一些實(shí)施例中，可提供MEMS引擎或平臺(tái)以在iPV電池在操作中時(shí)動(dòng)態(tài)地改變這些實(shí)施例中的光學(xué)諧振腔或?qū)拥暮穸取Ｒ虼丝捎捎诟缮嫘?yīng)而改進(jìn)上文所描述的iPV實(shí)施例。PV吸收體/有源區(qū)域中的能量的吸收的增加可導(dǎo)致iPV裝置的總效率的增加。
[0178]然而，所述設(shè)計(jì)并非在每個(gè)方面中真正最佳。舉例來說，在其中在光學(xué)諧振腔中包含TCO層的那些實(shí)施例中，電損失可為可忽略的。然而，TCO可引入某一光學(xué)損失。在光學(xué)諧振腔中包含空氣或S12的實(shí)施例可展示出由于通路的存在而產(chǎn)生的光學(xué)吸收的小降低。在一些實(shí)施例中，用于電連接的通路的存在可導(dǎo)致光學(xué)孔徑損失。
[0179]在iPV裝置的一些實(shí)施例中，有源層中的增加的或優(yōu)化的吸收效率可不必取決于入射光相對(duì)于iPV裝置的定向。舉例來說，當(dāng)入射光大體上垂直于iPV裝置時(shí)的吸收效率可大致與入射光為高掠入射時(shí)(例如，距iPV裝置的法線大致89度)的吸收效率相同。光伏電池的定向因此不需要完全對(duì)準(zhǔn)以實(shí)現(xiàn)最佳吸收效率。然而，入射角確實(shí)影響到達(dá)有源層的光的強(qiáng)度且因此影響可供有源層吸收的能量，到達(dá)光伏電池的光越少，可供有源層吸收的能量越少。因此，應(yīng)強(qiáng)調(diào)，對(duì)于給定面積的光伏裝置，在無主動(dòng)追蹤的情況下(例如，移動(dòng)光伏裝置以與太陽光路對(duì)準(zhǔn))，當(dāng)入射角Qi增加時(shí)，總吸收能量按因子cos (Qi)減少。
[0180]然而,在一些實(shí)施例中(其中吸收效率依據(jù)入射角而改變)，可使用MOD原理和干涉效應(yīng)設(shè)計(jì)iPV堆疊以用于特定入射角。舉例來說，可調(diào)整光學(xué)諧振腔的厚度以致使對(duì)以非法線角入射在裝置上的所需波長(zhǎng)的光的增加的吸收。在一些實(shí)施例中，光學(xué)腔可為可變的(與固定的相反)，以便適應(yīng)(例如)白天的不同時(shí)間的太陽的不同入射角。
[0181]本文中所描述的原理可適用于完全反射(例如，不透明的)PV裝置以及透射PV裝置兩者。
[0182]圖30說明常規(guī)半透明PV電池。如本文中所使用，術(shù)語“半透明”指代部分光學(xué)透射且并不限于50%透射。通過將光吸收層3004夾在兩個(gè)透明傳導(dǎo)氧化物(TCO)層3005與3002之間來形成圖30中所展示的半透明PV電池。可將堆疊層安置于襯底3001上?？稍赥CO層3005上提供金屬引線3007以用于進(jìn)行電連接?？稍诒疚闹兴枋龅乃袑?shí)施例中提供類似于3007的金屬引線，其具有包含傳導(dǎo)材料的頂部光學(xué)諧振層。同樣也可在其它實(shí)施例中使用此類金屬引線。舉例來說，在其中頂層包含非傳導(dǎo)材料的實(shí)施例中，可在頂部非傳導(dǎo)層上提供類似于3007的金屬引線且可(例如)經(jīng)由通路將所述金屬引線電連接到電極層。
[0183]為了使用光學(xué)干涉的原理和MOD設(shè)計(jì)原理優(yōu)化圖30的半透明PV電池，一種方法可為如圖31中所說明的將光學(xué)諧振腔3103安置在光吸收層3104與反射層3102之間。在一些實(shí)施例中，頂部電極層3105可為包含透明傳導(dǎo)電極的光學(xué)諧振層。頂部電極層3105可包含(例如)ITO或ZnO。在一些實(shí)施例中，可在頂部電極層3105上安置AR涂層?？墒褂冒琍V電池(其包括光學(xué)諧振腔3103、反射體層3102、有源層3304)的各種層的提供有源層中的增加的吸收的厚度和材料性質(zhì)(例如，折射率η和消光系數(shù)k)。反射體的厚度可控制透明度。舉例來說，與具有相對(duì)厚的反射體層的反射體相比，具有非常薄的反射體的iPV裝置可具有較高的透明度?？蓽p小反射體層的厚度以產(chǎn)生半透明iPV裝置。舉例來說，在一些實(shí)施例中，半透明iPV裝置中的反射體的厚度可在5nm與25nm之間的范圍中。在某些實(shí)施例中，半透明iPV裝置中的反射體的厚度可在Inm與500nm之間的范圍中。在各種實(shí)施例中，反射具有至少10 %、20 %、30 %、40 %或40 %以上的反射率。在某些實(shí)施例中，反射體具有50 %、60 %、70 %、80 %、90 %或90 %以上的反射率。在一些實(shí)施例中，可用與不透明PV電池相比較薄的PV材料來設(shè)計(jì)半透明PV電池?？蓪⒎瓷潴w層的厚度并入設(shè)計(jì)(例如，優(yōu)化、計(jì)算)中以用于增加有源層中的吸收。由于增加的吸收效率，根據(jù)上文所描述的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)的半透明PV電池可比圖30中所描述的常規(guī)PV電池更有效。在本文中所描述的其它實(shí)施例以及尚待設(shè)計(jì)的實(shí)施例中，PV電池可至少部分透明或光學(xué)透射。
[0184](例如)可通過上文所描述的方法使圖28A到圖29B中所展示的多接面PV部分光學(xué)透射。圖32A還展示可至少部分光學(xué)透射的多接面PV電池的實(shí)施例。圖32A中所展示的實(shí)施例包含包括三個(gè)有源層或吸收層3204a、3204b和3204c的多接面有源材料。所述三個(gè)吸收層可吸收具有不同頻率的光。舉例來說，層3204a可吸收具有紅色和IR區(qū)域中的頻率的光，層3204b可大體上吸收具有綠色區(qū)域中的頻率的光且層3204c可大體上吸收具有藍(lán)色區(qū)域中的頻率的光。在替代實(shí)施例中，有源層可吸收其它波長(zhǎng)。反射體3202安置于多接面有源材料的下方。光學(xué)諧振層3205安置于多接面有源材料的上方?？墒褂蒙衔乃枋龅母缮媸皆磉x擇或優(yōu)化光學(xué)諧振層3205的厚度和材料組成以便可使有源材料中的吸收增加或最大化。在圖32A中所展示的實(shí)施例中，光學(xué)諧振層可包含例如TCO或透明傳導(dǎo)氮化物等透明傳導(dǎo)材料。然而，在其它實(shí)施例中，光學(xué)諧振層可包含例如S12或氣隙等透明非傳導(dǎo)電介質(zhì)。在其它實(shí)施例中，光學(xué)諧振層可包含如上所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)。可使用其它材料和設(shè)計(jì)。在其中光學(xué)諧振層包含非傳導(dǎo)材料的那些實(shí)施例中，可如圖32B中所展示使用通路3206來提供電連接。可如圖32A和圖32B中所展示將光學(xué)堆疊安置于襯底3201上。襯底可如上所述為光學(xué)透射的或不透明的。
[0185]可在本文中所揭示的其它設(shè)計(jì)中使用部分透射的反射體層。舉例來說，可在具有單一有源層的PV裝置中使用部分光學(xué)透射的反射體層。其它配置是可能的。如圖32A說明，PV電池可包括一個(gè)或一個(gè)以上光學(xué)諧振層且無光學(xué)諧振腔。因此，在本文中所描述的各種PV電池中可排除光學(xué)諧振腔。
[0186]雖然在本文中所描述的各種實(shí)施例中，已如上所述優(yōu)化有源層中的吸收，但在某些實(shí)施例中，可通過另外考慮例如收集效率等其它因素的影響而增加或優(yōu)化總效率。舉例來說，可調(diào)整一個(gè)或一個(gè)以上參數(shù)以增加吸收效率與收集效率兩者的集合效應(yīng)。在此類實(shí)施例中，(例如)可在優(yōu)化過程中監(jiān)視總效率。然而，也可使用其它優(yōu)值且可將所述其它優(yōu)值并入優(yōu)化、設(shè)計(jì)或制造過程中。
[0187]如上所述，可將積分所述裝置的裝置或系統(tǒng)模擬且執(zhí)行計(jì)算以評(píng)估裝置或系統(tǒng)的性能。在一些實(shí)施例中，可測(cè)量實(shí)際性能。舉例來說，可通過與接觸有源層的電極進(jìn)行電連接而測(cè)量總效率。在圖31中展示(例如)使金屬引線3107中的一者與也為電極的反射體3102電接觸的電探針3110和3112。電探針3110和3112電連接到測(cè)量PV裝置的電力輸出的電壓表3114。對(duì)于本文中所揭示的不同實(shí)施例，可使用類似布置?？蛇M(jìn)行到金屬引線、通路、電極層等的電接觸以測(cè)量電輸出信號(hào)。也可使用其它配置。
[0188]本文中所描述的方法和結(jié)構(gòu)的廣范圍的變化是可能的。
[0189]因此，在本文中所描述的各種實(shí)施例中，可使用干涉技術(shù)來改進(jìn)光伏裝置的性能。在一些實(shí)施例中，安置于有源層與反射體之間的光學(xué)諧振腔可增加有源層中的吸收。然而，如上所述，定位于其它地方的光學(xué)諧振層也可提供一個(gè)或一個(gè)以上有源層中的吸收的增加且對(duì)應(yīng)地增加效率。因此，如上所述，可調(diào)整一個(gè)或一個(gè)以上層的一個(gè)或一個(gè)以上參數(shù)以增加(例如)裝置在將光功率轉(zhuǎn)換成電功率的過程中的效率。這些一個(gè)或一個(gè)以上層可為常規(guī)光伏裝置中所使用的層且并非為添加到此類結(jié)構(gòu)以獲得改進(jìn)的性能的層。因此，光學(xué)諧振層并不限于被添加到結(jié)構(gòu)以獲得改進(jìn)的層。另外，光學(xué)諧振層并不限于上文所描述的層，而可包括經(jīng)調(diào)諧以使用干涉原理提供有源層中的增加的吸收的任何其它層。光學(xué)諧振層或腔還可具有例如作為電極操作的其它功能?？蓪?shí)施設(shè)計(jì)或優(yōu)化以增加一個(gè)或一個(gè)以上有源層中的吸收和效率。
[0190]另外，雖然在上文將各種技術(shù)描述為提供優(yōu)化，但本文中所描述的方法和結(jié)構(gòu)不限于真實(shí)的最佳解決方法。所述技術(shù)可用于增加(例如，但并不一定最大化)有源層中的吸收或裝置的總光學(xué)效率。類似地，技術(shù)可用于降低(且并不一定最小化)除有源層外的層中的吸收。類似地，所得結(jié)構(gòu)不一定為最佳結(jié)果，但仍然可展示出改進(jìn)的性能或特征。
[0191]然而，本文中所揭示的方法和結(jié)構(gòu)提供廣范圍的益處，包括用于一些光伏裝置的性能優(yōu)點(diǎn)。舉例來說，可通過在PV電池中使用光學(xué)諧振腔或其它光學(xué)諧振層而改進(jìn)光伏裝置的吸收效率。在一些實(shí)施例中，(例如)在存在至少一個(gè)光學(xué)諧振腔或?qū)拥那闆r下，有源層的吸收效率增加至少約20%。在此，在太陽光譜中的波長(zhǎng)上積分吸收值。在一些其它光伏裝置中，由于光學(xué)諧振腔或?qū)拥拇嬖?，太陽光譜中的波長(zhǎng)上積分的吸收效率可增加至少25%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%或90%以上。在其它實(shí)施例中，增加可為5%或5%以上、10%或10%以上，或20%或20%以上。對(duì)于一些實(shí)施例，當(dāng)在較小波長(zhǎng)范圍上積分時(shí)，這些值同樣可適用。
[0192]因此，可應(yīng)用干涉原理來增加或優(yōu)化一個(gè)或一個(gè)以上波長(zhǎng)下有源層的效率。舉例來說，有源層中的至少一者可經(jīng)配置成以大于0.7的吸收效率吸收大致400nm的波長(zhǎng)的光。有源層中的至少一者可經(jīng)配置成以大于0.7的吸收效率吸收400nm與450nm之間的或350nm與400nm之間的波長(zhǎng)的光。在一些實(shí)施例中，有源層可經(jīng)配置成以大于0.7的吸收效率吸收350nm與600nm之間的光。在其它實(shí)施例中，可對(duì)于250nm與1500nm之間的單一波長(zhǎng)或者對(duì)于250nm與500nm之間的波長(zhǎng)范圍中的至少50nm、10nm或500nm的帶寬增加或優(yōu)化吸收效率。對(duì)于一些實(shí)施例，當(dāng)在較小波長(zhǎng)范圍上積分時(shí)，這些值同樣可適用。
[0193]光伏裝置的總效率同樣可增加。舉例來說，在一些光伏裝置中，在具有適宜的光學(xué)諧振層的情況下，太陽光譜中的波長(zhǎng)上積分的總轉(zhuǎn)換效率可增加至少15^^20^^25%或30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%或90%以上。在某些實(shí)施例中，增加可為5%或5%以上，或10%或10%以上。在一些實(shí)施例中，光伏裝置的總轉(zhuǎn)換效率大于0.7,0.8,0.9或
0.95。在其它實(shí)施例中，總轉(zhuǎn)換效率可較少。舉例來說，總轉(zhuǎn)換效率可為至少0.3,0.4,0.5、
0.6或高于0.6。在一個(gè)實(shí)施例中，總轉(zhuǎn)換效率可為0.1或0.2或高于0.2。對(duì)于一些實(shí)施例，當(dāng)在較小波長(zhǎng)范圍上積分時(shí)，這些值同樣可適用。
[0194]可由于光學(xué)干涉而獲得有源層中的太陽能的吸收的至少5%、10%、20%、25%、30%或30%以上的增加?？赏ㄟ^在太陽光譜上積分來確定這些吸收值。對(duì)于一些實(shí)施例，當(dāng)在較小波長(zhǎng)范圍上積分時(shí)，這些值同樣可適用。
[0195]在一些實(shí)施例中，當(dāng)光伏裝置曝露于例如太陽光譜等電磁輻射時(shí)，至少一個(gè)光學(xué)諧振腔或?qū)拥拇嬖诳蓪⒂性磳又械钠骄鶊?chǎng)強(qiáng)增加至少20 %、25 %或30 %。在其它實(shí)施例中，平均場(chǎng)強(qiáng)的增加為至少40%、50%、60%、70%、80%、90%或90%以上。在某些實(shí)施例中，增加為5%或5%以上、10%或10%以上，或15%或15%以上。如下所述，在感興趣的特定層(例如，有源層)的厚度上平均對(duì)應(yīng)于電場(chǎng)的平均電場(chǎng)強(qiáng)度。對(duì)于一些實(shí)施例，當(dāng)在較小波長(zhǎng)范圍上積分時(shí)，這些值同樣可適用。
[0196]在某些實(shí)施例中，至少一個(gè)光學(xué)諧振腔或?qū)拥拇嬖诳僧a(chǎn)生太陽光譜上積分的平均電場(chǎng)強(qiáng)度的增加，所述增加對(duì)于有源層比太陽光譜上積分的平均電場(chǎng)強(qiáng)度的所述增加對(duì)于光伏裝置中的任何其它層要大。在一些實(shí)施例中，光伏裝置的有源層中的平均電場(chǎng)強(qiáng)度可增加無光學(xué)諧振層的PV電池的有源層中的平均電場(chǎng)強(qiáng)度的至少1.1倍。在一些其它實(shí)施例中，光伏裝置的有源層中的平均電場(chǎng)強(qiáng)度可為無光學(xué)諧振層的PV電池的有源層中的平均電場(chǎng)的至少1.2倍或1.3倍。在其它實(shí)施例中，增加為無一個(gè)或一個(gè)以上諧振層的PV電池的有源層中的平均電場(chǎng)的至少1.4倍、1.5倍、1.6倍或1.7倍。對(duì)于一些實(shí)施例，當(dāng)在較小波長(zhǎng)范圍上積分時(shí)，這些值同樣可適用。
[0197]在一些實(shí)施例中，光伏裝置的除有源層外的另一層中的平均電場(chǎng)強(qiáng)度的增加可較大。然而，在此類實(shí)施例中，光伏裝置的此其它層中的吸收可小于有源層中的吸收。在某些實(shí)施例中，有源層中的平均電場(chǎng)高于任何其它層中的平均電場(chǎng)，但在其它實(shí)施例中，除有源層外的層具有最高平均電場(chǎng)強(qiáng)度。可對(duì)于太陽光譜上或較小波長(zhǎng)范圍上的波長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)此類條件。
[0198]在所揭示的各種實(shí)施例中，由有源層吸收的光功率得以增加。在某些實(shí)施例中，由有源層吸收的光功率的增加大于由光伏裝置的所有其它非有源層吸收的組合光功率的增力口。由有源層吸收的光功率的增加可為PV裝置中的任何其它層的吸收的光功率的增加的
1.1倍以上、1.2倍以上或1.3倍以上。在其它實(shí)施例中，增加為PV電池中的任何其它層的吸收的光功率的增加的1.4倍以上、1.5倍以上、1.6倍以上或1.7倍以上。
[0199]如上所述，可通過在太陽光譜上積分來確定這些值。另外，可對(duì)于稱為“氣團(tuán)1.5”的標(biāo)準(zhǔn)太陽輻射來確定這些值。
[0200]如上所提及，在某些實(shí)施例中，在小于太陽光譜的波長(zhǎng)范圍上，這些值適用。所述值可適用于(例如)可見波長(zhǎng)光譜、紫外線波長(zhǎng)光譜或紅外線波長(zhǎng)光譜。所述值可適用于100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、100nm 或 100nm 以上的波長(zhǎng)范圍。所述值同樣可適用于更大或更小的波長(zhǎng)范圍。因此，在某些實(shí)施例中，當(dāng)在除整個(gè)太陽光譜外的較小波長(zhǎng)范圍上積分參數(shù)(例如，吸收效率、總效率、電場(chǎng)、光功率等)時(shí)，這些值適用。
[0201]另外，這些值可用于一個(gè)或一個(gè)以上有源層。舉例來說，可設(shè)計(jì)PV電池以同時(shí)或分開地增加一個(gè)或一個(gè)以上有源層(例如，P型層、內(nèi)在半導(dǎo)體層或η型層)中的吸收。因此，這些值可個(gè)別地適用于這些層中的任一者或這些層的任何組合。
[0202]類似地，一個(gè)或一個(gè)以上光學(xué)諧振層可有助于本文中所敘述的性能級(jí)。同樣，上文所列的性能值可取決于一個(gè)光學(xué)諧振層或兩個(gè)或兩個(gè)以上光學(xué)諧振層的群組的一個(gè)或一個(gè)以上設(shè)計(jì)參數(shù)的存在。
[0203]多種替代配置是可能的。舉例來說，可添加、移除或重新布置組件(例如，層)。類似地，可添加、移除或重新排序處理和方法步驟。再者，雖然本文中已使用術(shù)語膜和層，但如本文中所使用的此類術(shù)語包括膜堆疊和多層?？墒褂谜澈蟿⒋祟惸ざ询B和多層粘合到其它結(jié)構(gòu)，或可使用沉積或以其它方式將所述膜堆疊和多層形成于其它結(jié)構(gòu)上。同樣，術(shù)語有源層可用于包括P和η摻雜區(qū)域和/或有源區(qū)域的內(nèi)在部分。類似地，可使用其它類型的材料。舉例來說，雖然有源層可包含半導(dǎo)體，但在一些實(shí)施例中也可使用例如有機(jī)材料等其它材料。
[0204]對(duì)于本發(fā)明的裝置，眾多應(yīng)用是可能的。光伏裝置可(例如)用于例如住宅或建筑物的建筑結(jié)構(gòu)上或單獨(dú)結(jié)構(gòu)中(例如，太陽能農(nóng)場(chǎng)中)。太陽能裝置可包括于例如汽車、飛機(jī)、船舶、宇宙飛船等載具上。太陽能電池可用于包括(但不限于)手機(jī)、計(jì)算機(jī)、便攜式商業(yè)裝置等電子裝置上。太陽能電池可用于軍事、醫(yī)學(xué)、消費(fèi)者工業(yè)和科學(xué)應(yīng)用。除本文中特定描述的那些應(yīng)用外的應(yīng)用也是可能的。
[0205]所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還將了解，可在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下進(jìn)行各種修改和改變。此類修改和改變希望落在如所附權(quán)利要求書界定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種裝置，其包含: 有源層，其經(jīng)配置以由于由所述有源層吸收的光而產(chǎn)生電信號(hào)； 反射體層，其經(jīng)安置以反射透射穿過所述有源層的光；以及 動(dòng)態(tài)光學(xué)諧振腔，其在所述有源層與所述反射體層之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述有源層包含半導(dǎo)體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述有源層包含PN接面或PIN接面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述反射體層具有大于80%的反射率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述反射體層包含金屬。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述反射體層包含一種金屬，該金屬選自由鋁、鑰、銀或金所組成的群組。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述反射體層為部分反射的，以使得所述裝置對(duì)于一些可見波長(zhǎng)為部分光學(xué)透射的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述反射體層為部分反射的，以使得所述裝置對(duì)于一些紅外線或紫外線波長(zhǎng)為部分光學(xué)透射的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其進(jìn)一步包含安置于所述有源層上的抗反射層。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述光學(xué)諧振腔包含多個(gè)層。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述光學(xué)諧振腔包含氣隙。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述光學(xué)諧振腔包含電介質(zhì)材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述反射體層可朝著所述有源層或遠(yuǎn)離所述有源層移動(dòng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述光學(xué)諧振腔的厚度可動(dòng)態(tài)調(diào)整以變更所述有源層的吸收特征。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述光學(xué)諧振腔具有小于約2000nm的厚度。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述光學(xué)諧振腔具有一個(gè)或多個(gè)柱子。
17.—種制造裝置的方法，所述方法包含: 提供有源層，所述有源層經(jīng)配置以由于由所述有源層吸收的光而產(chǎn)生電信號(hào)； 安置反射體層以反射透射穿過所述有源層的光；以及 在所述有源層與所述反射體層之間安置動(dòng)態(tài)光學(xué)諧振腔。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述反射體層可朝著所述有源層或遠(yuǎn)離所述有源層移動(dòng)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述光學(xué)諧振腔的厚度可動(dòng)態(tài)調(diào)整以變更所述有源層的吸收特征。
20.一種裝置，其包含: 用于吸收光的裝置，所述光吸收裝置經(jīng)配置以由于由所述光吸收裝置吸收的光而產(chǎn)生電信號(hào)； 用于反射光的裝置，其經(jīng)安置以反射透射穿過所述光吸收裝置的光；以及 用于產(chǎn)生光學(xué)諧振的裝置，其在所述光吸收裝置與所述光反射裝置之間，所述光學(xué)諧振產(chǎn)生裝置的厚度是可動(dòng)態(tài)調(diào)整的。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述光吸收裝置包含有源層。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述光反射裝置包含反射體層。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述光學(xué)諧振產(chǎn)生裝置包含至少一動(dòng)態(tài)光學(xué)諧振腔。
【文檔編號(hào)】H01L31/20GK104167456SQ201410380015
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2008年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2007年9月24日
【發(fā)明者】卡斯拉·哈澤尼, 馬尼什·科塔里, 徐剛 申請(qǐng)人:高通Mems科技公司