各种实施例的系统、方法及装置提供由光伏直立物阵列组成的光伏电池。所述光伏直立物可经个别配置且可处在阵列中以具有高光子吸收概率。所述高光子吸收概率可导致高光能量转换效率。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】具有光伏直立物的H维超颖材料装置 巧关申请案 本申请案主张2013年1月28日申请的第13/751，914号美国申请案和2013年2 月8日申请的第13/763, 073号美国申请案的优先权。申请案13/751，914及13/763, 073 的全部内容W引用方式并入本文中。
本申请案大体上设及光伏装置，且更具体来说设及W大量光伏直立物为特征的光 伏电池。
技术介绍
太阳能是流行的清洁能源，但其一般比其碳基竞品（例如，石油、煤炭及天然气） 及其它传统非碳基能源（例如，水力发电）更昂贵。通常，太阳能还因为具有平面配置的传 统光伏电池通常具有较低的总效率而相对昂贵。总效率是基于当太阳飞越天空时在一整天 中从太阳能电池产生的总电力。总效率不同于将W零入射角（例如，当太阳在太阳能电池 正上方的瞬间）照射光伏电池的给定量的光能转换成电的理论效率。
技术实现思路
阳〇化]各种实施例的系统、方法及装置提供一种光伏电池，所述光伏电池的特征为由多 个光伏直立物化ristle)形成的超颖材料，所述光伏直立物的光伏及导电材料经配置W展 现高光子吸收及内反射概率。由于高光子吸收及内光子反射概率，光伏直立物的超颖材料 展现出将光能转换成电能的较高总效率。实施例光伏电池的高总效率可导致提高的效率及 自光伏电池产生更多电力。 各种实施例还包含结构特征，所述结构特征在暴露于足W产生电势的光时可导致 对电流的减小的电阻。此增强的导电性可增进效率及从光伏电池产生的净电力（在某些操 作条件下）。【附图说明】 并入本文中且构成本说明书的部分的【附图说明】本专利技术的示范性实施例，且与上文 给出的一般描述及下文给出的详细描述一起用于解释本专利技术的特征。 图IA为根据实施例的从衬底延伸W形成超颖材料的若干光伏直立物的透视图。 阳009] 图IB为图IA中说明的光伏直立物的俯视图。 图IC为说明光子的波前的常规光伏装置的横截面图。 图ID为说明当光伏直立物阵列的轴与入射光子成某个角度定向时的光子相互作 用的光伏直立物的透视图。 图2A为其中光伏直立物具有导电忍体及两个吸收体子层或区域的实施例的区段 的横截面俯视图。 图2B为图2A中说明的光伏直立物的横截面侧视图。 图2C为图2A中说明的光伏直立物中的一者的横截面俯视图。 图2D为图2A中说明的光伏直立物中的一者的横截面侧视图。 图沈为说明与圆形横截面光伏直立物相互作用的光子波的斜角元素的图式。 图3A为其中光伏直立物具有导电忍体及=个吸收体子层或区域的实施例的区段 的横截面俯视图。 图3B为图3A中说明的光伏直立物的横截面侧视图。 图3C为图3A中说明的光伏直立物中的一者的横截面俯视图。 图3D为图3A中说明的光伏电池的一个光伏直立物的横截面侧视图。 图4A为其中光伏直立物具有分层导电忍体及两个吸收体子层或区域的实施例的 区段的横截面俯视图。 图4B为图4A中说明的光伏直立物的横截面侧视图。 图4C为图4A中说明的光伏直立物中的一者的横截面俯视图。 图4D为图4A中说明的光伏直立物中的一者的横截面侧视图。图5A为其中光伏直立物具有分层导电忍体及=个吸收体子层或区域的实施例的 区段的横截面俯视图。 阳0%] 图5B为图5A中说明的光伏直立物的横截面侧视图。 图5C为图5A中说明的光伏直立物中的一者的横截面俯视图。 图抓为图5A中说明的光伏直立物中的一者的横截面侧视图。 图6A为其中光伏直立物具有半导体忍体及一个吸收体子层的实施例的区段的横 截面俯视图。 图6B为图6A中说明的光伏直立物的横截面侧视图。 图6C为图6A中说明的光伏直立物中的一者的横截面俯视图。 图抓为图6A中说明的光伏直立物中的一者的横截面侧视图。 图7A为其中光伏直立物具有渗杂半导体忍体及两个吸收体子层或区域的实施例 的区段的横截面俯视图。 图7B为图7A中说明的光伏直立物的横截面侧视图。 图7C为图7A中说明的光伏直立物中的一者的横截面俯视图。 图7D为图7A中说明的光伏直立物中的一者的横截面侧视图。 图8说明用于制造根据各种实施例的光伏电池的实施例方法。 图9为说明结构不连续处的电荷集中的光伏直立物阵列的横截面侧视图，所述电 荷集中可在所述阵列暴露于光时发生。 图IOA到IOD说明包含多个子层的外导电层的实施例。 图11为与电磁场强度图表叠加的光伏直立物阵列的横截面图，所述电磁场强度 图表说明与光伏直立物的吸收层的光子相互作用的电动力学分析的结果。【具体实施方式】 将参考附图详细描述各种实施例。只要有可能，相同参考数字将贯穿图式用于指 代相同或类似部件。术语"实例"、"示范性"或任何类似术语在本文中用于表示用作实例、 例子或说明。对参考特定实例及实施方案的参考是出于说明目的，且不意在限制本专利技术或 权利要求书的范围。本文中描述为"实例"的任何实施方案不一定理解为比另一实施方案 优选或有利。 如本文中使用，术语"光伏直立物"是指具有近似等于1到100微米的高度、近似 0. 2到50微米的直径的近似圆柱形的=维结构，所述=维结构包含夹置在导电内层或忍体 与透明外导电层之间的至少一个光伏活性半导体层。使用术语"直立物"仅仅是因为所述 结构具有大于其直径的长度，所述结构具有大体上（平均）圆形横截面且所述结构的总尺 寸为次微米到数十微米的尺寸。在本文中说明的实施例中，光伏直立物具有近似圆柱形，近 似圆柱形表示所述结构的外表面的实质部分具有近似圆形或楠圆形（其中两个半径近似 共存）的横截面。归因于制造可变性，没有一个光伏直立物的轮廓可为完全圆柱形的，但当 考虑大量光伏直立物时，平均轮廓是圆柱形的。在另一实施例中，光伏直立物可具有如可促 进制造的非圆形横截面，例如六边形、八边形、楠圆形等等。 当实施例光伏直立物W有序或无序阵列布置在衬底上时，所得结构可形成超颖材 料结构。如本文中使用，术语"超颖材料"或"超颖材料衬底"是指衬底上的光伏直立物的阵 列。如本文中使用的超颖材料为经工程设计而具有金属或聚合物的人造材料，其W特定结 构化或非结构化图案布置，导致不同于组成材料的材料性质（包含光吸收及折射性质）。可 通过控制组成如本文中描述的超颖材料的直立物的形状、几何结构、大小、定向、材料性质、 材料厚度及布置来影响光与光伏直立物的阵列相互作用的累积效应。 传统的平面光伏电池是平坦的。在传统平面光伏电池中，在任何给定时间点有限 数目的光子被吸收。光子吸收的发生贯穿传统平面光伏电池的厚度（例如，从上到下）从 光子进入点直到光子被转换成电能为止。当光子与光伏层相互作用时，传统平面光伏电池 将光子转换成电能。然而，一些光子在没有产生电子空穴对的情况下穿过光伏层，且因此表 示损失的能量。虽然可通过将光伏层制造得更厚来增大被吸收的光子的数目，但增大厚度 增大了重组从而将其电势转换成热量的电子空穴对的分率。此外，较厚的光伏膜展现导致 光子转换下降的指数衰减损失。由于此原因，传统平面光伏电池强调了薄光伏层，从而为了 取得电子空穴对到电流的增加的转换及减少的发热而接受降低的光子吸收率。因此，传统 平面光伏电池的理论峰值效率W及总效率受到平面几何结构及可在贯穿光伏层的最大化 光学路径长度中吸收的光子的未衰减分率的限制。 W45] 常规平面光本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光伏电池，其包括：光伏直立物的阵列，其中每一光伏直立物包括：芯体，其具有芯体半径rc；吸收层，其定位在所述芯体上方且具有第一径向厚度dabs；以及外导电层，其定位在所述吸收层上方，所述外导电层具有第二径向厚度docl及折射率nocl，其中每一直立物经配置使得：nocl*rcnamb*(rc+dabs+docl)≤1]]>其中，namb为围绕所述直立物的周围材料的折射率。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·斯克勒德，R·史密斯，
申请(专利权)人：Q一奈米系统公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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