具有中间光学滤波器的机械堆叠串列光伏电池制造技术

本发明专利技术提供一种制造多结光敏器件的方法。所述方法可包括：制造至少两个光活性层，其中至少一个光活性层被制造在透明基板上，并且至少一个光活性层被制造在反射基板上；在透明基板上制造的至少一个光活性层上图案化至少一个光学滤波器层；以及使用冷焊或范德华键合来结合至少两个光活性层。本发明专利技术也提供了一种多结光敏器件。所述器件可以具有至少两个光活性层和至少一个光学滤波器层，其中使用冷焊或范德华键合来结合至少两层。所述光学滤波器层可以是分布式布拉格反射器。

Mechanically stacked tandem photovoltaic cells with intermediate optical filters

The present invention provides a method for producing a multi - junction photosensitive device. The method includes: making at least two photoactive layer, wherein at least one photoactive layer is fabricated on a transparent substrate, and at least one light active layer is fabricated on a reflective substrate; manufacturing transparent substrate on at least one of the optical active layer patterning at least one optical filter layer; and the use of cold welding or Fan Dehua bond with at least two photoactive layer. The invention also provides a multi junction photosensitive device. The device can have at least two optical active layer and at least one optical filter layer, the use of cold bonding or van Edward with at least two layers. The optical filter layer can be a distributed Prague reflector.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有中间光学滤波器的机械堆叠串列光伏电池相关申请的交叉引用本申请要求2015年2月27日提交的美国临时申请No.62/126,326的优先权，其公开内容在此通过引用以其整体并入。本专利技术由美国能源部(EERE)按Award#DE-EE0006708以及美国NanoFlexPower公司共同资助。
本公开涉及多结光伏器件及其制造方法，更具体地说，涉及用于太阳能电池的多结光伏器件。
技术介绍
多结光伏电池通过增加能够被光伏电池吸收的太阳光谱的波长而提供超过单结太阳能电池的性能，并且也最小化与吸收比光活性材料的带隙能量更大的光子相关联的热化损失。太阳能电池应覆盖近红外太阳光谱，以便使常规多结有机太阳能电池的性能最大化。然而，许多光活性材料——诸如有机化合物在近红外太阳光谱中没有有效率地吸收和产生电能。如Chuang等人在“通过能带对准设计提高量子点太阳能电池的性能和稳定性”(“Improvedperformanceandstabilityinquantumdotsolarcellsthroughbandalignmentengineering.”(Chia-HaoM.Chuang,PatrickR.Brown,VladimirandMoungiG.Bawendi,Improvedperformanceandstabilityinquantumdotsolarcellsthroughbandalignmentengineering.13Nat.Mater.,796(2014))中所述，量子点太阳能电池以较为高的功率转换效率(>8％)有效地将近红外光谱覆盖到并且超过1μm的波长。然而，量子点太阳能电池也在可见光谱中强烈吸收。因此，量子点太阳能电池的宽广的吸收光谱通过吸收较短波长的光子并且因此防止那些光子传输或反射到被调谐为吸收短波长光子区域的其它子电池来限制多结有机太阳能电池的性能。
技术实现思路
一方面，本公开涉及一种多结光敏器件。在一些实施例中，该器件包括至少两个光活性层和至少一个光学滤波器层。在一些实施例中，该多结器件相对于单结器件具有增大的吸收光谱。在本专利技术的一方面，光学滤波器能够被配置为选择性地调谐入射光的反射，透射、和吸收中的至少一个的波长。在一些实施例中，光学滤波器被配置为透射长波长的光。在一些实施例中，光学滤波器被配置为反射短波长的光。在一些实施例中，光学滤波器被配置为透射短波长。在一些实施例中，光学滤波器可反射长波长的光。在一些实施例中，光学滤波器可以是光子晶体。在一些实施例中，光子晶体可以包括具有至少两个不同折射率的交替材料的多个层。在一些实施例中，光子晶体可以包括波导材料的周期性光栅。在一些实施例中，光学滤波器可以是分布式布拉格反射器(DBR)。在一些实施例中，光学滤波器可以是二向色光学滤波器。本专利技术的一方面涉及一种多结太阳能电池。在一些实施例中，太阳能电池的吸收覆盖太阳光谱的至少一些波长。本专利技术的一方面涉及多结检测器。在一些实施例中，多结检测器的吸收可以包括太阳光谱外的至少一个波长。一方面，本公开涉及一种制造多结光敏器件的方法，包括以下步骤：制造至少两个光活性层；在透明基板上制造的至少一个光活性层上图案化至少一个光学滤波器层；以及将所述至少两个光活性层结合到至少一个其它层。在一些实施方案中，至少一个光活性层被制造在透明基板上。在一些实施例中，至少一个光活性层被在反射基板上。在一些实施例中，使用冷焊接结合将至少两个光活性层结合到至少一个其它层。附图说明图1示出个体子电池中的示例性有机/量子点多结太阳能电池的示例性制造流程的示意图。图2示出在示例性有机/量子点多结太阳能电池中经由中间反射镜分离太阳光谱的示意图。图3A示出具有作为光学滤波器层的DBR的单结太阳能电池的示意图。图3B示出根据图3A中的层制造的单结太阳能电池的被测光电流对电压的曲线图。图4示出总结具有和不具有DBR光学滤波器的单结太阳能电池的性能的表格。图5示出作为光学滤波器层的示例性DBR的示意图图6示出图5的DBR的光透射率对光波长的曲线图。具体实施方式图1示出制造包括有机和量子点光活性层的子电池的示例性多结太阳能电池的示例性方法的示意图。如图1.1中所示，有机104和量子点112光活性层可以被分别单独地制造在不同的基板108和116上。在一个实施例中，有机光活性层104是顶部子电池，并且被制造在诸如玻璃108的透明基板上，并且采用透明接触102、106。根据该实施例，量子点112光活性层可以是底层，并且被制造在非透明基板116上，并且采用至少一个透明接触110，但也可以包括至少一个金属接触114。在一些实施例中，透明接触可以是ITO、IZO、AZO或PEDOT：PSS。在一些实施例中，子电池可以经由真空热蒸发或溶液工艺在个体基板上制造。在个体子电池制造之后，如图1.2中所示，在顶部子电池上对光学滤波器层202、302图案化。在一些实施例中，使用荫罩(shadowmask)对光学滤波器层图案化，然而可以使用其它图案化方法。然后，如图1.3中所示，在顶部和底部子电池两者上对栅格320图案化。在一些实施例中，栅格320采用诸如Au或Al/Au的贵金属，或者涂覆有贵金属的金属，并且由此避免氧化和其它污染。在栅格沉积之后，两个子电池通过连同或不连同用以促进结合的温度轻微升高一起施加压力来经由范德华键合或冷焊接结合。作为参考，Lee等人在“来自单个InP基板的外延层剥离太阳能电池的多重生长”(“Multiplegrowthsofepitaxiallift-offsolarcellsfromasingleInPsubstrate”(KyusangLee,Kuen-TingShiu,JeramyD.Zimmerman,ChristopherK.RenshawandStephenR.Forrest,Multiplegrowthsofepitaxiallift-offsolarcellsfromasingleInPsubstrate,97Appl.Phys.Lett.,101107(2010))中描述了冷焊接结合。作为参考，Kim等人进一步在“通过冷焊接对有机电子器件微图案化”(“Micropatterningoforganicelectronicdevicesbycold-welding”(ChangsoonKim,PaulE.Burrows,StephenR.Forrest,Micropatterningoforganicelectronicdevicesbycold-welding.288,Science,831(2000))中描述了冷焊接结合。作为参考，Ferguson等人进一步在“薄金膜在弹性支撑上的接触粘附：多种环境条件下的冷焊接”(“Contactadhesionofthingoldfilmsonelastomericsupports:coldweldingunderambientconditions”(GregoryS.Ferguson,ManojK.Chaudhury,George.B.SigalGeorgeM.Whitesides,Contactadhesionofthingoldfilmsonelas本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多结光敏器件，包括：至少两个光活性层，以及至少一个光学滤波器层，其中，使用冷焊或范德华键合来结合至少两层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.27 US 62/126,3261.一种多结光敏器件，包括：至少两个光活性层，以及至少一个光学滤波器层，其中，使用冷焊或范德华键合来结合至少两层。2.根据权利要求1所述的器件，其中，所述至少一个光学滤波器层是分布式布拉格反射器。3.根据权利要求1所述的器件，包括：至少三个光活性层和至少两个光学滤波器层，其中，至少一个光学滤波器层位于每个光活性层之间。4.根据权利要求1所述的器件，其中，至少一个光活性层可以吸收与至少一个其它光活性层不同的光的波长。5.根据权利要求1所述的器件，其中，在至少一个其它层之下的光活性层吸收近红外光谱中的光。6.根据权利要求1所述的器件，其中，在至少一个其它层之上的光活性层吸收紫外光谱中的光。7.根据权利要求1所述的器件，其中，至少一个光活性层吸收不被至少一个其它光活性层吸收的、跨越10nm的光的波长范围。8.根据权利要求1所述的器件，其中，在所述多结光敏器件的至少两个光活性层之间布置有波长选择性光学滤波器层。9.根据权利要求1所述的器件，其中，在所述至少两个光活性层之间没有空气间隙。10.根据权利要求1所述的器件，其中，至少一个光活性层被单独地连接到在被进行了冷焊或范德华键合的区...

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂芬·R·福里斯特，李圭相，
申请(专利权)人：密歇根大学董事会，
类型：发明
国别省市：美国,US