專利名稱：光伏結(jié)構(gòu)和在短柱上采用納米線的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光伏器件。特別地，本發(fā)明涉及一種用于光伏電池的基于納米線的光伏結(jié)構(gòu)和使用從襯底表面上的短柱(stub)的納米線生長(zhǎng)制造該光伏結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
由于高的能量成本和美國(guó)對(duì)于來(lái)自國(guó)外來(lái)源的化石燃料的依賴性，光子器件例如光伏電池是非常吸引人的主題。在過(guò)去的10年，光伏電池的效率和質(zhì)量已經(jīng)顯著地改進(jìn)。 對(duì)于降低光伏電池成本的努力已經(jīng)指向可替代材料和制造方法。從歷史觀點(diǎn)上說(shuō)，高性能半導(dǎo)體器件特別地帶有/7-/7結(jié)的那些包括一種或者多種半導(dǎo)體材料的單晶體。除了別的以外，為半導(dǎo)體器件使用這種單晶體材料基本消除了帶電載體(例如，空穴和電子)在存在于非單晶體半導(dǎo)體材料例如多晶體半導(dǎo)體材料中的晶界處的散射。這種散射不利地減小了帶電載體的漂移遷移率和散射，并且導(dǎo)致器件例如晶體管和太陽(yáng)能電池的性能降低(例如，電阻增加和光電轉(zhuǎn)換效率降低)。即使當(dāng)在單一器件中例如在異質(zhì)結(jié)構(gòu)或者異質(zhì)結(jié)器件中一起地采用不同的半導(dǎo)體材料時(shí)，也通常地基于它們分別的晶格結(jié)構(gòu)選擇單晶體半導(dǎo)體材料以確保所實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)整體上是基本單晶體結(jié)構(gòu)。類似地，包括但是不限于納米線和納米點(diǎn)的納米結(jié)構(gòu)通常從單晶體襯底成核和生長(zhǎng)，以部分地利用此類襯底的晶格的均勻性，該均勻性為將作為單晶體生長(zhǎng)的納米結(jié)構(gòu)提供所要求的結(jié) min 息。相對(duì)近期地，至少由于可能的成本節(jié)約，特別地在太陽(yáng)能電池應(yīng)用中，無(wú)定形和其它非單晶體半導(dǎo)體材料已經(jīng)開(kāi)始受到關(guān)注。雖然具有與多個(gè)晶界相關(guān)聯(lián)的缺點(diǎn)，但是與它們的單晶體對(duì)應(yīng)物相比，這種非單晶體半導(dǎo)體材料的制造能夠是相當(dāng)?shù)馗鼮榱畠r(jià)的。在很多應(yīng)用中，從非單晶體材料生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的較低成本勝過(guò)可能引起的任何性能損失。進(jìn)而，為異質(zhì)結(jié)構(gòu)使用非單晶體半導(dǎo)體材料能夠增加能夠使用的材料的可能組合，因?yàn)閷?duì)于非單晶體半導(dǎo)體而言，晶格失配較不引起顧慮。雖然在克服與生產(chǎn)高性能、較低成本的太陽(yáng)能電池相關(guān)聯(lián)的很多實(shí)際挑戰(zhàn)方面已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)展，但是仍然需要進(jìn)一步地降低此類光伏器件的制造成本和材料成本， 特別地使得太陽(yáng)能電池是更加令人可負(fù)擔(dān)得起的并且在整體上對(duì)于普通消費(fèi)者和工業(yè)而言是具有吸引力的。制造成本更低而且并不損害效率的光伏電池將滿足長(zhǎng)期以來(lái)的需要。


與附圖相結(jié)合參考以下詳細(xì)說(shuō)明，可以更加易于理解本發(fā)明的實(shí)施例的各種特征，其中類似的附圖標(biāo)記標(biāo)注類似的結(jié)構(gòu)元件，并且其中
圖IA示意根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的光伏電池的截面視圖。圖IB示意根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的光伏電池的光伏結(jié)構(gòu)的放大截面視圖。圖IC示意根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的光伏電池的光伏結(jié)構(gòu)的放大截面視圖。圖ID示意根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的光伏電池的光伏結(jié)構(gòu)的放大截面視圖。圖2示意根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的太陽(yáng)能電池的一部分的截面視圖。圖3A示意根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例制造光伏結(jié)構(gòu)的方法的流程圖。圖IBB示意根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例在圖3A中示意的方法的、形成短柱的流程圖。圖4A-4D示意根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例依照在圖3A-;3B中示意的方法制造的光伏結(jié)構(gòu)的截面視圖。圖5A-5E示意根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例依照在圖3A-;3B中示意的方法制造的光伏電池的截面視圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例提供一種采用納米線的、用于光伏電池的光伏結(jié)構(gòu)和一種用于制造該光伏結(jié)構(gòu)的自對(duì)準(zhǔn)納米級(jí)制造方法。特別地，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，基于納米線的光伏結(jié)構(gòu)提供內(nèi)置電隔離和大接觸面積這兩者以減小包括光伏結(jié)構(gòu)的光伏電池的串聯(lián)電阻。納米線為光伏電池中的半導(dǎo)體結(jié)沿著它的長(zhǎng)度提供更大的表面面積。在某些實(shí)施例中，在光伏電池中具有無(wú)序布置的多個(gè)納米線進(jìn)一步有助于增加半導(dǎo)體結(jié)接觸面積。此外，無(wú)序納米線可以促使光伏電池吸收更多的光。該納米級(jí)制造方法是一個(gè)根本不使用光刻或者不使用任何多層精度光刻技術(shù)(例如，具有小于一微米的對(duì)準(zhǔn)準(zhǔn)確度)的自對(duì)準(zhǔn)過(guò)程，從而可以減少制造成本。精度光刻能夠是復(fù)雜的、耗時(shí)的和昂貴的(減小產(chǎn)量)。在某些實(shí)施例中，該制造過(guò)程還是相對(duì)低溫過(guò)程， 例如低于400°C，這允許使用更多種類的材料。伴隨而來(lái)的，該納米級(jí)制造過(guò)程提供減少過(guò)程步驟的數(shù)目的內(nèi)置隔離層。內(nèi)置隔離層自動(dòng)地隔離納米線的相對(duì)端之間的電連接。在某些實(shí)施例中，使用非單晶體材料來(lái)制造光伏電池。非單晶體材料不僅可以減少光伏電池的成本，而且還同樣地容許使用更多種類的材料。而且，非單晶體材料便于為某些實(shí)施例的基于納米線的光伏電池提供上述納米線的無(wú)序布置。大表面面積和低串聯(lián)電阻便于在太陽(yáng)能電池應(yīng)用中使用基于納米線的光伏電池。根據(jù)各種實(shí)施例，本發(fā)明的光伏結(jié)構(gòu)包括作為襯底表面的組成部分的短柱。除了被連接到納米線的上表面，該短柱被隔離層包圍。納米線沿著遠(yuǎn)離襯底表面的方向從短柱的上表面延伸。在光伏結(jié)構(gòu)的制造期間，納米顆粒被施加到(apply to)襯底表面。納米顆粒為短柱的形成和納米線的生長(zhǎng)這兩者提供自對(duì)準(zhǔn)掩模。通過(guò)使用納米顆粒作為掩模產(chǎn)生隔離層而形成短柱。實(shí)際上，除了通過(guò)短柱的形成而被內(nèi)置之外，隔離層還被納米顆粒掩模自對(duì)準(zhǔn)。所產(chǎn)生的隔離層具有嵌入襯底表面中的部分和在襯底表面上形成的部分。另外， 隔離層的嵌入部分在有限程度上底切(undercut)納米顆粒。這樣，在襯底表面中形成的短柱比被用作掩模的納米顆粒更窄。而且，如在襯底的水平面中測(cè)量地，短柱至少具有隔離層的嵌入部分的厚度一樣的高度。在某些實(shí)施例中，在產(chǎn)生隔離層之前，使用納米顆粒作為蝕刻掩模，短柱被蝕刻于襯底表面中。在這些實(shí)施例中，短柱的高度大于隔離層的厚度。當(dāng)在蝕刻短柱之后產(chǎn)生隔離層時(shí)，隔離層不僅如上所述地嵌入襯底表面中，而且還也如上所述地通過(guò)底切納米顆粒掩模以包圍短柱而嵌入蝕刻短柱的側(cè)壁中。在產(chǎn)生隔離層時(shí)，納米顆粒還掩蔽短柱的上表面。通過(guò)使用納米顆粒催化 (catalyze)納米線生長(zhǎng)，納米線從短柱的上表面生長(zhǎng)。納米顆粒保留在納米線的頂端或者自由端上。納米線至少與納米顆粒的寬度一樣寬并且因此納米線比它被連接到的短柱更寬。這樣，納米線鄰近于短柱的一部分覆于隔離層的、鄰近于并且包圍短柱的一部分之上。 納米線的覆于隔離層之上的部分或者是納米線的、被連接到短柱的基部或者納米線的、鄰近于納米線基部的軸向長(zhǎng)度片段。在某些實(shí)施例中，納米線可以具有沿著納米線的軸向長(zhǎng)度改變的寬度。在納米線生長(zhǎng)過(guò)程期間，納米線的形狀和長(zhǎng)度受到控制。在某些實(shí)施例中，襯底是單晶體半導(dǎo)體材料并且因此短柱是襯底表面的單晶體半導(dǎo)體組成部分。在其它實(shí)施例中，襯底是非單晶體材料。在這些實(shí)施例中的某些實(shí)施例中，襯底表面包括非單晶體半導(dǎo)體材料的種層(seed layer)，該種層具有小范圍(short range)結(jié)晶信息從而襯底表面能夠從種層中的微晶集結(jié)(nucleate)納米線生長(zhǎng)。因此，在某些實(shí)施例中，短柱是襯底的非單晶體半導(dǎo)體種層的組成部分。換言之，利用納米顆粒所掩蔽的短柱的上表面提供用于使用納米顆粒作為催化劑的、納米線的單晶體生長(zhǎng)的種子或者 “微晶”。除了性能優(yōu)勢(shì)之外，根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，使用非單晶體材料作為襯底和非單晶體半導(dǎo)體表面層作為種層，可以向光伏器件提供成本和制造優(yōu)點(diǎn)。例如，能夠使用與單晶體納米線交界的非單晶體材料(例如，帶有微晶硅表面層的玻璃襯底)制造的太陽(yáng)能電池器件可以是制造成本有效的和高效的之一或這兩者。這樣可以只是由于以下事實(shí)，即，更多種類的材料將可用于太陽(yáng)能電池器件。而且，更多種類的這些可用材料可以與在前可用的相比從更大部分的太陽(yáng)光譜提供能量轉(zhuǎn)換，根據(jù)某些實(shí)施例，這可以改進(jìn)太陽(yáng)能電池效率。非單晶體半導(dǎo)體種層具有在層中的定位和在晶體定向這兩個(gè)方面是無(wú)序的或者非均勻的多個(gè)微晶。這樣，在種層短柱的上表面中提供的微晶將相對(duì)于襯底的主水平面決定各納米線將沿其生長(zhǎng)的各種方向中的任何一種。在襯底表面的多個(gè)這樣的種層短柱中， 各單晶體納米線將沿著各種方向生長(zhǎng)并且看起來(lái)是無(wú)序的或者非均勻的。相反，在單晶體襯底的單晶體表面中，存在帶有垂直于襯底水平面的單晶體方向(例如，[111]或者[110]) 的一個(gè)晶體。因此，單晶體短柱的上表面將決定各納米線將沿其生長(zhǎng)的、相對(duì)于襯底表面的方向。在單晶體襯底表面的多個(gè)這樣的單晶體短柱中，各納米線中的大部分將沿著相同晶體方向生長(zhǎng)并且看起來(lái)是相對(duì)有序的或者均勻的。在某些實(shí)施例中，襯底表面是平坦的。在其它實(shí)施例中，襯底表面是非平坦的，例如這可以包括或者不規(guī)則的(即，非均勻)表面或者具有在表面中的溝道、孔或者隆起的規(guī)則圖案的表面。在非平坦襯底表面中形成的短柱可以只是由于短柱在非平坦襯底表面中的定位，例如位于溝道、孔或者隆起或者非均勻斑點(diǎn)的一側(cè)之中或者之上而具有相對(duì)于襯底的主水平面以一定角度定向的上表面。在某些實(shí)施例中，短柱的上表面的角度還將便于納米線將相對(duì)于襯底的主水平面沿其延伸的方向。例如，在多個(gè)已形成的短柱中，短柱的上表面具有的角度種類越多，在各納米線將從所述多個(gè)短柱沿其延伸的方向中，將存在越大的無(wú)序性。這樣，根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，使用非平坦單晶體襯底表面，可以使得通常將具有沿著均勻方向從其表面生長(zhǎng)的納米線的單晶體襯底具有帶有相對(duì)地非均勻生長(zhǎng)方向的納米線。在這里，“種層”被定義為具有帶有小范圍原子有序化的微觀結(jié)構(gòu)的非單晶體半導(dǎo)體材料。相反，“單晶體”材料具有帶有在微米尺度中連續(xù)的長(zhǎng)范圍原子有序化的晶格微觀結(jié)構(gòu)。種層的小范圍原子有序化表現(xiàn)為多個(gè)小的結(jié)晶材料區(qū)域或者在種層內(nèi)并且通常遍布種層地分散的“微晶”。微晶提供用于單晶體納米線的、可能的成核和生長(zhǎng)的模板。微晶區(qū)域的范圍可以從成束的各個(gè)微晶變化到離散的各個(gè)微晶。因此，根據(jù)定義，“種層”包括在無(wú)定形基質(zhì)中埋置的多個(gè)微晶。在種層內(nèi)的相鄰的微晶具有相對(duì)于彼此非均勻定向的各晶格。此外，鄰近于種層的表面的微晶沿著該表面地非均勻地定位?！拔⒕А卑雽?dǎo)體材料是具有帶有小范圍原子有序化的微觀結(jié)構(gòu)的一種類型的非單晶體半導(dǎo)體材料。另一種非單晶體半導(dǎo)體材料是“無(wú)定形”半導(dǎo)體材料。在各非單晶體半導(dǎo)體材料中的微晶限定材料的小范圍原子有序化。例如，根據(jù)沉積條件，硅可以作為微晶硅層或者無(wú)定形硅層在非單晶體襯底上沉積。根據(jù)定義，這種“微晶”半導(dǎo)體材料和“無(wú)定形” 半導(dǎo)體材料中的每一種均具有可用于集結(jié)單晶體納米線生長(zhǎng)的微晶并且是根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的非單晶體半導(dǎo)體種層材料的實(shí)例。為了討論簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，如以上定義地，可以在下面使用術(shù)語(yǔ)“微晶”來(lái)指代在非單晶體襯底的表面上的“非單晶體半導(dǎo)體”種層材料。如在這里定義地，術(shù)語(yǔ)“微晶”旨在統(tǒng)指微晶半導(dǎo)體材料和無(wú)定形半導(dǎo)體材料之一或這兩者， 除非另有說(shuō)明。如上所述，種層襯底表面的微晶提供用于可能的單晶體納米線成核和生長(zhǎng)的模板。微晶在種層襯底表面中的非均勻定向和分布意味著在種層表面中形成的短柱可以具有或者可以不具有微晶或者可以具有微晶的一部分或者成束微晶。雖然如此，短柱也小于在形成短柱時(shí)使用的納米顆粒并且為單晶體納米線生長(zhǎng)提供可能的種子表面。如在這里所使用地，為了某些實(shí)施例的意圖，術(shù)語(yǔ)“微晶”意味著從單微晶到聚集到一起的成組微晶的一系列的微晶。在光伏結(jié)構(gòu)的制造期間，微晶為單晶體納米線的外延生長(zhǎng)提供成核位置。這樣，納米線還被實(shí)際地錨固到在種層短柱的上表面中的微晶。所生長(zhǎng)的納米線與微晶形成界面(例如，同質(zhì)結(jié)或者異質(zhì)結(jié))，在此處納米線被相稱地連接到微晶。 在某些實(shí)施例中，單晶體納米線的晶格和種層短柱的微晶的晶格是相干的。這樣，納米線被稱作與集結(jié)納米線生長(zhǎng)的種層短柱的微晶“成為一體(integral to)”。在種層短柱和單晶體納米線之間的界面處的一體晶體結(jié)構(gòu)連接便于在半導(dǎo)體結(jié)相關(guān)光伏應(yīng)用中使用該界面。 種層短柱和單晶體納米線的相干的晶格例如便于通過(guò)該界面輸送電荷載體。對(duì)于單晶體短柱和單晶體納米線，根據(jù)定義，短柱和在其上外延生長(zhǎng)的納米線的晶格是相干的，并且因此便于為半導(dǎo)體結(jié)相關(guān)光伏應(yīng)用通過(guò)該界面輸送電荷載體?！凹{米線”是單獨(dú)準(zhǔn)一維、納米級(jí)結(jié)構(gòu)，其特征在于具有比第三空間維度或者方向小得多的兩個(gè)空間維度或者方向。在納米線中第三、更高維度的存在在沿著另兩個(gè)空間維度將傳導(dǎo)定量化時(shí)促進(jìn)了沿著該維度的電子波功能。如在這里所使用地，術(shù)語(yǔ)“納米線”如上所述被定義為單晶體半導(dǎo)體納米級(jí)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有軸向長(zhǎng)度(作為主要或者第三空間維度)、相對(duì)端和實(shí)心核芯(core)。與納米線被一體地附著于的微晶的尺寸相比，納米線的寬度還可以是更大、更小和相同之一。當(dāng)涉及多個(gè)微晶時(shí)，與在該表面上納米線在其之上成核的多個(gè)微晶的長(zhǎng)度級(jí)相比，納米線寬度可以是更大、更小和相同尺寸之一。而且，納米線可以具有例如從幾十納米到幾百納米的尺寸；并且例如沿著納米線的軸向長(zhǎng)度，納米線可以不具有相同的尺寸。這樣，納米線可以具有漸縮形狀或者非漸縮形狀，并且沿著納米線的軸向長(zhǎng)度，這種形狀可以是均勻的或者非均勻的。在這里為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，“襯底表面”可以意味著或者襯底的表面或者在襯底的表面上的材料的種層。術(shù)語(yǔ)“光學(xué)透明”在這里被定義為對(duì)于在一個(gè)或者多個(gè)可視、UV和頂光譜中的電磁輻射而言或者是透明的或者是半透明的。此外，如在這里所使用地，冠詞“a”旨在具有它在專利技術(shù)中的普通含義，S卩“一個(gè)或者多個(gè)”。例如，“納米線”通常意味著一根或者多個(gè)納米線，并且因此，在這里“納米線”意味著“納米線(一根或者多個(gè))”。而且，在這里對(duì)于“頂”、“底”、“上”、“下”、“向上”、“向下”、“左”或者“右”的任何引用在這里均非旨在構(gòu)成限制。而且，實(shí)例在這里旨在僅僅是示意性的并且是為了討論的意圖而非作為限制提出的。在這里為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，在這里與數(shù)字例如“111”和“110”相結(jié)合地使用括號(hào)“ □” 涉及晶格的方向或者定向并且旨在包括在它的范圍內(nèi)的一組等價(jià)方向“<>”。在這里為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，在這里關(guān)于數(shù)字例如“111”和“110”的圓括號(hào)“()”的使用涉及晶格平面或者平坦表面并且旨在包括在它的范圍內(nèi)的具有等價(jià)對(duì)稱性“ {} ”的平面。這種使用旨在遵循在本技術(shù)領(lǐng)域中已知的、通常的結(jié)晶術(shù)語(yǔ)。進(jìn)一步地并且根據(jù)定義，在這里對(duì)于層“在襯底表面之中和之上嵌入”的提及被定義為表示在層的形成期間通過(guò)消耗(consume)靠近襯底表面的某些襯底材料而形成的層。 該層的一部分嵌入初始襯底表面中并且一部分位于初始襯底表面上，即，該層的“表面部分”覆于“嵌入部分”之上。該層的所述部分使用襯底材料來(lái)形成該層。根據(jù)在這里的各種實(shí)施例，內(nèi)置隔離層“在襯底表面之中和之上嵌入”。例如，隔離層可以是襯底表面的半導(dǎo)體材料的氧化物。氧化物層的一部分在半導(dǎo)體表面中嵌入。當(dāng)襯底表面的半導(dǎo)體材料被消耗時(shí)，氧化物層的另一部分在嵌入部分之上形成。術(shù)語(yǔ)“非本征半導(dǎo)體”被定義為特意地?fù)诫s有或者/7產(chǎn)付參質(zhì)或者/7產(chǎn)付參質(zhì)以與半導(dǎo)體固有地具有的導(dǎo)電性相比向半導(dǎo)體材料提供更高水平的導(dǎo)電性的半導(dǎo)體材料。術(shù)語(yǔ)“非本征區(qū)域”是非本征半導(dǎo)體的區(qū)域。術(shù)語(yǔ)“本征半導(dǎo)體”被定義為或者未被摻雜、輕度摻雜或者未特意地?fù)诫s有摻質(zhì)材料的半導(dǎo)體材料。術(shù)語(yǔ)“本征區(qū)域”是本征半導(dǎo)體區(qū)域?！拜p度摻雜”和“未特意地?fù)诫s”(或者“非特意地?fù)诫s”)意味著例如由于對(duì)非本征半導(dǎo)體摻雜而可能在本征半導(dǎo)體中結(jié)合的相對(duì)少量的摻質(zhì)。相對(duì)于例如可以具有IO17每立方厘米或者更高濃度的摻質(zhì)的非本征摻雜半導(dǎo)體，相對(duì)少量的摻質(zhì)是非常低的濃度的摻質(zhì)，例如近似IO15 每立方厘米。根據(jù)在這里的各種實(shí)施例，該光伏電池包括通過(guò)在電池的結(jié)構(gòu)或者層內(nèi)或者它們之間之一或這兩者選擇性摻雜而提供的半導(dǎo)體結(jié)。術(shù)語(yǔ)“半導(dǎo)體結(jié)”在它的范圍內(nèi)包括/7-/7 結(jié)、p-i-n結(jié)和肖特基結(jié)。例如，當(dāng)納米線是摻雜有/7虛Z摻質(zhì)的非本征半導(dǎo)體并且短柱和襯底表面是摻雜有/7蕃摻質(zhì)的非本征半導(dǎo)體時(shí)，可以在光伏結(jié)構(gòu)中形成/7-/7結(jié)。在另一個(gè)實(shí)例中，完全地由或者在非本征半導(dǎo)體納米線內(nèi)形成/7-/7結(jié)。肖特基結(jié)可以例如在半導(dǎo)體襯底和光伏電池的金屬電接觸(electrical contact)之間形成。在某些實(shí)施例中，本征區(qū)域在/7區(qū)和/7區(qū)之間形成以在光伏電池內(nèi)產(chǎn)生結(jié)。 例如，如以上定義地，短柱可以是/7-摻雜非本征半導(dǎo)體，在納米線上的保形(conformal)涂層可以是摻雜非本征半導(dǎo)體，并且納米線是本征半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體納米線在非本征半導(dǎo)體短柱和非本征半導(dǎo)體保形涂層之間連接以形成結(jié)的本征區(qū)域“i”。ρ- -η結(jié)完全地沿著與非本征半導(dǎo)體保形涂層接觸的納米線的軸向長(zhǎng)度形成。在另一個(gè)實(shí)例中，根據(jù)鄰近于納米線的摻雜軸向長(zhǎng)度片段的結(jié)構(gòu)或者層(即，短柱或者半導(dǎo)體涂層)的摻雜，納米線可以包括在納米線長(zhǎng)度的軸向片段中的本征區(qū)域和/7-摻雜或者/7-摻雜的、在相鄰軸向長(zhǎng)度片段中的非本征區(qū)域。在另一實(shí)施例中，結(jié)可以沿著納米線的軸向長(zhǎng)度同心地形成。例如，納米線核芯可以是與/7產(chǎn)付參雜短柱成一體的、具有/7蕃摻質(zhì)的非本征半導(dǎo)體區(qū)域；在納米線核芯上的內(nèi)部保形層可以是本征半導(dǎo)體區(qū)域；并且在內(nèi)部保形層上的外部保形層可以是具有η型摻質(zhì)的非本征半導(dǎo)體區(qū)域。在其它實(shí)施例中，多個(gè)/7-/7免、p-i-n結(jié)及其組合在納米線、短柱和半導(dǎo)體保形涂層中或者它們之間形成。而且，在每一層或者結(jié)構(gòu)中的摻雜水平可以是相同的或者不同的。摻質(zhì)水平的變化例如可以產(chǎn)生摻質(zhì)梯度。在差異摻雜的一個(gè)實(shí)例中，短柱和在納米線上的半導(dǎo)體保形涂層之一或這兩者可以被重度地?fù)诫s以產(chǎn)生在各結(jié)構(gòu)或者層內(nèi)提供低電阻率的/7+區(qū)域，而納米線的相鄰軸向長(zhǎng)度片段可以是較為輕度地/7-摻雜的以產(chǎn)生/7區(qū)域。在另一個(gè)實(shí)例中， 襯底表面和短柱可以是/7-摻雜的，而襯底的其余部分可以是/7+摻雜的。襯底的/7+區(qū)域可以鄰近于光伏電池的外部電接觸。根據(jù)某些實(shí)施例，光伏電池可以包括異質(zhì)結(jié)構(gòu)或者異質(zhì)結(jié)。例如，采用具有不同的帶隙的半導(dǎo)體材料以分別地實(shí)現(xiàn)襯底表面和在納米線上的保形涂層的單晶體納米線和半導(dǎo)體材料。包括這種不同的材料的光伏電池被稱作異質(zhì)結(jié)構(gòu)光伏電池。此外，根據(jù)某些實(shí)施例，光伏電池可以是異質(zhì)結(jié)晶光伏電池。術(shù)語(yǔ)“異質(zhì)結(jié)晶”在這里被定義為包括至少兩種不同類型的結(jié)構(gòu)相(structure phase)的結(jié)構(gòu)。例如，根據(jù)某些實(shí)施例，包括微晶短柱和單晶體納米線的光伏電池是異質(zhì)結(jié)晶光伏電池。襯底的材料包括但是不限于玻璃、陶瓷、金屬、塑料、聚合物、電介質(zhì)和半導(dǎo)體。對(duì)于在這里的各種實(shí)施例而言有用的襯底材料包括具有或者非單晶體結(jié)構(gòu)或者單晶體結(jié)構(gòu)的材料。非單晶體結(jié)構(gòu)包括相對(duì)地?zé)o法辨認(rèn)的或者無(wú)任何結(jié)晶結(jié)構(gòu)(例如，玻璃)、微晶結(jié)構(gòu) (即，如在這里定義地具有小范圍原子次序，包括無(wú)定形半導(dǎo)體)、多晶結(jié)構(gòu)(即，具有比微晶結(jié)構(gòu)相對(duì)更高的程度小范圍原子次序)之一。單晶體結(jié)構(gòu)具有相較大范圍的原子次序。在某些實(shí)施例中，可以至少根據(jù)它承受制造溫度的能力選擇襯底材料。在各種實(shí)施例中，根據(jù)光伏結(jié)構(gòu)的具體應(yīng)用，襯底可以是剛性、半剛性和柔性的之一。而且，根據(jù)光伏結(jié)構(gòu)的實(shí)施例，襯底可以呈現(xiàn)以下特性中的一種或者多種熱傳導(dǎo)、導(dǎo)電、折射、反射、不透明和光學(xué)透明。非單晶體材料包括但是不限于絕緣體、半導(dǎo)體、金屬和金屬合金。為了本發(fā)明的各種實(shí)施例的意圖，在這里的襯底表面種層是半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體種層材料包括但是不限于 IV族半導(dǎo)體、III-V族中的化合物半導(dǎo)體和如在這里定義地具有微晶結(jié)構(gòu)的、II-VI族中的化合物半導(dǎo)體。例如，襯底表面種層可以在或者微晶膜或者無(wú)定形膜層中包括硅(Si)、鍺 (Ge)和砷化鎵(GaAs)之一，而襯底可以是玻璃。在另一個(gè)實(shí)例中，襯底表面種層可以包括或者微晶氫化硅(“mc-Si :H”)膜或者無(wú)定形氫化硅(“a-Si :H”)膜。根據(jù)光伏結(jié)構(gòu)的實(shí)施例，Si :H膜可以是或者/7蕃或者/7蕃摻雜的。
在某些實(shí)施例中，該光伏結(jié)構(gòu)進(jìn)一步在納米線上包括保形涂層。該保形涂層具有無(wú)定形結(jié)構(gòu)、微晶結(jié)構(gòu)和單晶體結(jié)構(gòu)之一并且包括但是不限于半導(dǎo)體材料、金屬、透明傳導(dǎo)氧化物和硅化物。在某些實(shí)施例中，該保形涂層是半導(dǎo)體材料，包括但是不限于IV族半導(dǎo)體、III-V族中的化合物半導(dǎo)體和II-VI族中的化合物半導(dǎo)體。例如，半導(dǎo)體保形涂層包括在納米線的側(cè)壁上生長(zhǎng)的高度摻雜單晶體半導(dǎo)體層。在另一個(gè)實(shí)例中，半導(dǎo)體涂層包括在納米線上沉積的高度摻雜多晶硅或者無(wú)定形氫化硅(“a-Si :H”)膜。在某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體保形涂層或者在納米線生長(zhǎng)期間或者在納米線生長(zhǎng)之后在納米線上生長(zhǎng)。當(dāng)半導(dǎo)體保形涂層在納米線生長(zhǎng)期間生長(zhǎng)時(shí)，保形涂層是單晶體，覆蓋納米線的軸向長(zhǎng)度并且保持在納米顆粒下面。當(dāng)保形涂層在納米線生長(zhǎng)之后沉積時(shí)，保形涂層覆蓋納米線的軸向長(zhǎng)度并且也覆蓋納米顆粒。在某些實(shí)施例中，可以在保形涂層之前移除納米顆粒。在納米線生長(zhǎng)之后沉積的保形涂層可以是或者單晶體半導(dǎo)體或者非單晶體半導(dǎo)體。而且，可以改變保形涂層的摻雜以在保形層中形成本征和非本征層，例如以上關(guān)于同心地形成結(jié)半導(dǎo)體結(jié)所述。在某些實(shí)施例中，保形涂層是金屬，包括但是不限于金、銀、鉬、鈀、錫、鋁和銅。在納米線上的金屬保形涂層例如與半導(dǎo)體納米線形成肖特基接觸。在某些實(shí)施例中，保形涂層是傳導(dǎo)氧化物，該傳導(dǎo)氧化物還可以是或者可以不是半導(dǎo)體，包括但是不限于氧化銦錫 (ITO)和氧化鋅(ZnO)。在其它實(shí)施例中，保形涂層是硅化物或者鍺化物，包括但是不限于硅化鉬(PtSi)。根據(jù)某些實(shí)施例，單晶體半導(dǎo)體材料，例如被用于納米線和單晶體襯底的那些，獨(dú)立地包括但是不限于IV族半導(dǎo)體、III-V族中的化合物半導(dǎo)體和II-VI族中的化合物半導(dǎo)體。因此，根據(jù)實(shí)施例，納米線的單晶體半導(dǎo)體材料可以與半導(dǎo)體襯底、半導(dǎo)體襯底表面以及各短柱和保形涂層相同或者不同。例如，單晶體襯底和各表面和短柱可以是單晶體硅 (Si)并且納米線可以是單晶體磷化銦(InP)。在另一個(gè)實(shí)例中，襯底可以是玻璃、襯底表面種層和各短柱可以是微晶硅(“mc-Si ”)(或者根據(jù)實(shí)施例，無(wú)定形硅(“a-Si ”))，而納米線可以是磷化銦(InP)。在這些實(shí)例中的任一個(gè)之中，根據(jù)實(shí)施例，在InP納米線上的保形涂層可以包括單晶體半導(dǎo)體和非單晶體半導(dǎo)體之一或這兩者。例如，硅的保形涂層可以以保形方式包覆(coat)單晶體InP納米線。在某些實(shí)施例中，各材料的各能帶隙伴隨獨(dú)立地在光伏電池中使用的半導(dǎo)體材料的選擇。在其中保形涂層是半導(dǎo)體材料的某些實(shí)施例中，納米線的能帶隙不同于半導(dǎo)體短柱和半導(dǎo)體保形涂層之一或這兩者的能帶隙。在某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體短柱的能帶隙不同于半導(dǎo)體保形涂層的能帶隙。在其它實(shí)施例中，短柱和半導(dǎo)體保形涂層的能帶隙是相同的。 使用具有不同的能帶隙的材料使得光伏電池成為異質(zhì)結(jié)構(gòu)器件。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，提供了一種光伏結(jié)構(gòu)。圖IA示意根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例包括光伏結(jié)構(gòu)105的光伏電池100的截面視圖。圖IB和IC示意根據(jù)在這里的各種實(shí)施例的光伏電池的光伏結(jié)構(gòu)105的放大截面視圖。光伏電池100包括具有襯底表面112的襯底110。襯底表面112包括如以上定義地具有或者/7產(chǎn)付參質(zhì)或者/7虛ζ摻質(zhì)的非本征半導(dǎo)體(在圖IA中未被示意)。光伏電池100進(jìn)一步包括作為襯底表面112的組成部分的短柱 120。因此，短柱120構(gòu)成襯底表面112的非本征半導(dǎo)體。作為實(shí)例在圖IA中示意了四個(gè)短柱120。在于這里示意的各種實(shí)施例中可以存在任何數(shù)目的多個(gè)短柱。
如以上定義地，在某些實(shí)施例中襯底110和襯底表面112可以是不能辨別的 (indistinguishable)材料。換言之，在某些實(shí)施例中，襯底110可以是單晶體半導(dǎo)體并且表面112可以是單晶體半導(dǎo)體襯底110的表面。在其它實(shí)施例中，襯底110和襯底表面112 可以是能夠辨別的材料。例如，襯底110可以是無(wú)定形材料并且襯底表面112可以是微晶半導(dǎo)體種層。在于圖IA中示意的實(shí)施例中，襯底110和襯底表面112這兩者例如都是單晶體半導(dǎo)體。光伏電池100進(jìn)一步包括包圍短柱120的電隔離層130。在圖IA中未被示意地， 隔離層130包括兩個(gè)部分。圖IB和IC的放大視圖示意隔離層130的第一部分132在襯底表面112中嵌入(即，“嵌入部分132”)，而隔離層130的第二部分134(即，“表面部分134”) 是在嵌入部分132上的或者事實(shí)上在各光伏結(jié)構(gòu)105的初始襯底表面112 (由水平短劃線描繪)上的。在圖IA和IC中，在襯底的水平面中，短柱120的高度大于隔離層130的厚度。 這樣，除了在短柱120之間的、相對(duì)水平的襯底表面112之中和之上之外，隔離層130還在短柱120的側(cè)壁之中和之上延伸以包圍短柱120。短柱120的側(cè)壁可以是相對(duì)地豎直的，如作為實(shí)例在圖IC中所示意地，或者可以是漸縮的，其中短柱的下部比短柱的上部更寬，如作為實(shí)例在圖IB中所示意地。光伏電池100進(jìn)一步包括被連接到短柱120的上表面的納米線140。如在這里定義地，納米線140被一體地連接到短柱120。根據(jù)實(shí)施例，納米線140包括如以上定義地本征半導(dǎo)體和非本征半導(dǎo)體之一或這兩者。納米線140在納米線140的頂端或者自由端處進(jìn)一步包括納米顆粒150。自由端是與納米線140的、被附著到短柱120的基部端相對(duì)的。納米顆粒包括金屬，包括但是不限于鈦(Ti)、鉬(Pt)、鎳(Ni)、金(Au)、鎵(Ga)及其合金。如在下面進(jìn)一步描述地，納米顆粒是促進(jìn)納米線生長(zhǎng)的催化劑材料。如在圖IA中所示意地，根據(jù)某些實(shí)施例，納米線140具有鄰近于納米線基部更寬并且在納米線頂端處更窄的錐形或者漸縮形狀。納米線140的形狀不限于所示意的形狀， 并且如上所述，納米線可以沿著它的軸向長(zhǎng)度具有任何數(shù)目的形狀，從規(guī)則柱狀形狀到不規(guī)則的漸縮形狀。盡管納米線140具有各種形狀，根據(jù)在這里的各種實(shí)施例，納米線140也比短柱120的寬度更寬并且納米線140在鄰近于短柱120的附近位置覆于隔離層130之上。這樣是由于兩個(gè)原因第一，短柱比納米顆粒150更窄；并且第二，納米線140至少與納米顆粒150 —樣寬。這樣，納米線140的基部覆于鄰近于短柱120的隔離層130的嵌入部分132之上。在某些實(shí)施例中，納米線或者其一部分覆于隔離層130的表面部分134之上。在其它實(shí)施例中，納米線140的基部可以覆于鄰近于短柱120的隔離層130的兩個(gè)部分132、134之上。圖IA示意在某些實(shí)施例中納米線140的基部覆于隔離層130之上并且進(jìn)一步懸于隔離層130之上。在于圖IB中示意的光伏結(jié)構(gòu)105的實(shí)施例中，短柱120的高度與隔離層130的嵌入部分132的厚度一樣。在該實(shí)施例中，納米線140的基部力以近似等于納米顆粒150的寬度的寬度從短柱120的上表面延伸。這樣，納米線基部力覆于鄰近于短柱120的、隔離層 130的嵌入部分132的一部分之上。納米線140至少對(duì)于近似等于隔離層130的表面部分 134的厚度的一段距離或者高度保持這個(gè)寬度。在隔離層表面部分134的厚度上方，作為實(shí)例，如在圖IB中所示意地，納米線140的形狀可以對(duì)于納米線的軸向長(zhǎng)度保持是相對(duì)地相同的，或者可以在基部力上方的納米線140的至少相鄰軸向長(zhǎng)度片段中是更寬的。在納米線基部上方的納米線140的更寬軸向片段的示意在圖4D中示意出，在下面進(jìn)一步描述了圖 4D。這樣，在某些實(shí)施例中，鄰近于并且在納米線基部上方的納米線140的軸向片段可以覆于鄰近于短柱120的隔離層130的表面部分134的周圍部分之上。在于圖IC中示意的實(shí)施例中，短柱120的高度與隔離層130的厚度一樣或者可以大于隔離層130的厚度。在任一情形中，隔離層130均沿著短柱120的側(cè)壁延伸。在該實(shí)施例中，納米線140的基部力仍然以近似等于納米顆粒150的寬度的寬度從短柱120的上表面延伸。而且，在該實(shí)施例中，納米線基部力或者僅僅覆于隔離層130的嵌入部分132的相對(duì)豎直部分之上，如在圖IC中所示意地，或者覆于鄰近于并且包圍短柱120的隔離層130 的兩個(gè)部分132、134的相對(duì)豎直部分之上，如在圖5E中所示意并且在下面描述地。相對(duì)豎直部分是相對(duì)于襯底的水平面而言的。在某些實(shí)施例中，光伏電池100進(jìn)一步在納米線上包括導(dǎo)電保形層160。保形層 160以保形方式包覆納米線140，并且在某些實(shí)施例中，以保形方式包覆圍繞并且在納米線 140之間的隔離層130，如作為實(shí)例在圖IA中所示意地。這樣，保形層160沿著納米線140 的軸向長(zhǎng)度遵循納米線140的輪廓。在某些實(shí)施例中，保形層160包括如以上定義地非本征半導(dǎo)體，其具有與短柱120和襯底表面112的非本征半導(dǎo)體的摻質(zhì)類型不同的或者/7蕃摻質(zhì)或者《虛ζ摻質(zhì)。保形層160或者在是導(dǎo)電的時(shí)是足夠薄的從而是相對(duì)地光學(xué)透明的，或者同時(shí)地是導(dǎo)電的和本質(zhì)上光學(xué)透明材料。這樣，沿著保形層160在此處與納米線140接觸的納米線140的軸向長(zhǎng)度，在保形層160和半導(dǎo)體納米線140之間設(shè)置了半導(dǎo)體結(jié)。這個(gè)大的接觸面積可以促進(jìn)光伏電池100的低串聯(lián)電阻。此外，在這些實(shí)施例中，隔離層130將保形層160從短柱120和襯底表面112電隔離。在某些實(shí)施例中，納米線140通過(guò)在納米線140的、如上所述納米線140在此處覆于鄰近于短柱120的隔離層130之上的基部處或者靠近此處物理地將保形層160從短柱120分離而促進(jìn)了在保形層160和短柱120之間的隔離。在某些實(shí)施例中，在納米線上的保形層包括與納米線形成同心結(jié)的同心保形子層。圖ID示意根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的光伏電池100的光伏結(jié)構(gòu)105的放大截面視圖。光伏結(jié)構(gòu)105包括被一體地附著到非本征半導(dǎo)體短柱120的非本征半導(dǎo)體納米線140。 短柱120是非單晶體襯底110上的非本征半導(dǎo)體表面種層112的組成部分。表面種層112 是如以上定義地帶有小范圍原子次序的微晶半導(dǎo)體和無(wú)定形半導(dǎo)體之一。光伏結(jié)構(gòu)105進(jìn)一步包括包圍短柱120的電隔離層130。納米線140覆于隔離層130之上。光伏結(jié)構(gòu)105 進(jìn)一步包括只是覆蓋納米線140的保形層160。在所示意的實(shí)施例中，納米顆粒150保留于保形層160上方。在圖ID中的保形層160包括鄰近于并且覆蓋非本征納米線140的第一半導(dǎo)體子層162和鄰近于并且覆蓋第一半導(dǎo)體子層162的第二半導(dǎo)體子層164。各子層162、164的基部在納米線基部140的周邊處覆于電隔離層130之上。在于圖ID中示意的實(shí)施例中，第一半導(dǎo)體子層162是包括本征半導(dǎo)體的單晶體半導(dǎo)體。而且，第二半導(dǎo)體子層164是包括非本征半導(dǎo)體的單晶體半導(dǎo)體。在其它實(shí)施例中(在圖ID中未被示意)，第二半導(dǎo)體子層164 可以是進(jìn)一步以保形方式覆蓋納米顆粒的非單晶體半導(dǎo)體材料，例如無(wú)定形半導(dǎo)體。在于圖ID中示意的實(shí)施例中，襯底表面層112包括/7+H參質(zhì)并且納米線包括/7 蕃摻質(zhì)。而且，第一保形子層162形成包括納米線140的本征“i”區(qū)域；并且第二保形子層164包括型摻質(zhì)。這樣，沿著納米線140的軸向長(zhǎng)度在納米線140和保形涂層160的子層162、164之間產(chǎn)生了同心/7-/-/ 結(jié)。在某些實(shí)施例中，光伏電池100進(jìn)一步包括接入在光伏結(jié)構(gòu)105外部的納米線140 的相對(duì)端(即，頂端或者自由端和基部)的電接觸。第一或者頂部電接觸提供接入納米線140 的自由端并且根據(jù)實(shí)施例是或者鄰近于保形層160。在某些實(shí)施例中，圖IA示意其中保形涂層160還是頂部電接觸的光伏電池100實(shí)施例。在其它實(shí)施例中，頂部電接觸在光伏電池100的周邊處接觸保形涂層160并且因此在圖IA中未被示意。第二或者底部電接觸180 鄰近于襯底110以接入納米線140的基部。在于圖IA中示意的實(shí)施例中，襯底110和襯底表面112是單晶體非本征半導(dǎo)體。在襯底110的、與包括短柱120的一側(cè)相對(duì)的一側(cè)上示意了底部電接觸180。在該實(shí)施例中，底部電接觸180通過(guò)非本征半導(dǎo)體襯底提供到納米線 140基部的外部電連接。對(duì)于在圖ID中示意的光伏電池100實(shí)施例，在光伏結(jié)構(gòu)105頂上的第一電接觸 170覆蓋半導(dǎo)體保形層160，納米顆粒150和隔離層130以提供到納米線140自由端的外部電連接，并且雖然在圖ID中未被示意，但是提供在光伏電池的相鄰納米線之間的相互連接。而且，根據(jù)光伏電池100的這個(gè)實(shí)施例，在非本征半導(dǎo)體表面層112下面并且在表面層 112和非單晶體襯底110之間示意了第二電接觸180以提供到納米線140基部的外部電連接。第一和第二電接觸獨(dú)立地是導(dǎo)電材料，包括但是不限于金屬(例如，鋁(Al))、透明傳導(dǎo)氧化物(例如，氧化銦錫(ΙΤ0)或者氧化鋅(ZnO))、硅化物(例如，硅化鉬(PtSi))和高度摻雜半導(dǎo)體材料(例如，高度摻雜多晶硅(即，“poly-Si ”)。光學(xué)透明的第一電接觸在某些實(shí)施例中可以覆蓋光伏結(jié)構(gòu)的頂部，或者在其它實(shí)施例中，可以封裝該結(jié)構(gòu)。非光學(xué)透明的第一電接觸可以位于互連保形層的周邊表面上從而并不阻擋來(lái)自納米線140的光。圖2示意根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的太陽(yáng)能電池200的一部分的側(cè)視圖。太陽(yáng)能電池200是上述光伏電池100的實(shí)施例。在于圖2中示意的實(shí)施例中，太陽(yáng)能電池200包括襯底110，該襯底110具有包括微晶表面層112的表面。襯底110是非單晶體材料，包括但是不限于例如玻璃、聚合物和金屬箔。微晶表面層112是非本征微晶半導(dǎo)體材料，包括但是不限于例如氫化的微晶硅(“mc-Si :H”)。太陽(yáng)能電池200進(jìn)一步包括由微晶表面層112形成的多個(gè)微晶短柱120。微晶短柱120在微晶表面層112中非均勻地定位。在圖2中，微晶表面層112和微晶短柱120例如摻雜有蕃摻質(zhì)。太陽(yáng)能電池200進(jìn)一步包括與以上針對(duì)光伏電池100所描述的隔離層130相同的隔離層130。在隔離層130內(nèi)的短劃水平線代表微晶表面層112的初始表面并且作為實(shí)例描繪隔離層130的嵌入部分132和表面部分134。在所示意的實(shí)施例中，微晶短柱120的高度與隔離層130的嵌入部分132的厚度一樣。太陽(yáng)能電池200進(jìn)一步包括基本上等價(jià)于以上針對(duì)光伏電池100所描述的納米線 140的多個(gè)納米線140。在于圖2中示意的實(shí)施例中，如在這里定義地，納米線140包括本征半導(dǎo)體(即，在圖2中的“i”)。僅僅為了示意簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，在圖2中示意了僅僅三個(gè)納米線 140和僅僅三個(gè)相應(yīng)的微晶短柱120。納米線140在納米線140的自由端處包括納米顆粒 150。因?yàn)榧{米線140是從微晶短柱120生長(zhǎng)的，所以該多個(gè)納米線140根據(jù)在微晶短柱 120的上表面處的不同微晶(一個(gè)或者多個(gè))從微晶短柱120沿著各種不同的方向生長(zhǎng)。這樣，納米線140以從襯底110的主水平面測(cè)量的各種不同的角度生長(zhǎng)。如與在圖IA中示意的實(shí)施例相比，其中短柱120是單晶體并且納米線140相對(duì)均勻地從襯底表面112延伸，結(jié)果產(chǎn)生了無(wú)序的或者非均勻的納米線140陣列。太陽(yáng)能電池200進(jìn)一步包括遵循無(wú)序的納米線140陣列的輪廓的保形層160。保形層160等價(jià)于以上針對(duì)光伏電池100的某些實(shí)施例所描述的半導(dǎo)體保形層160。在某些實(shí)施例中，保形層160僅僅在其自由端處覆蓋納米線和納米顆粒，如作為實(shí)例在圖2中所示意地，并且可以不同樣地覆蓋在納米線140之間并且圍繞納米線140的整個(gè)隔離層130。保形層160是足夠厚的從而以保形方式包覆該多個(gè)無(wú)序納米線的表面。在某些實(shí)施例中，保形層160還是足夠薄的從而是相對(duì)地光學(xué)透明的。在其它實(shí)施例中，保形層160也是光學(xué)透明材料。在于圖2中示意的實(shí)施例中，保形層160例如是包括摻質(zhì)的非本征半導(dǎo)體， 因?yàn)樵谠搶?shí)例中微晶短柱120是/7+摻雜的。這樣，完全地沿著在納米線140和半導(dǎo)體保形層160之間的界面，/7-i-/ 結(jié)形成有微晶短柱120。在某些實(shí)施例中，遍布納米線140體積來(lái)形成本征區(qū)域。關(guān)于P虛ζ摻質(zhì)和/7蕃摻質(zhì)顛倒摻質(zhì)類型是在于這里描述的實(shí)施例或者任何實(shí)例的范圍內(nèi)的。在某些實(shí)施例中，太陽(yáng)能電池200進(jìn)一步包括頂部電接觸。圖2作為實(shí)例示意在保形半導(dǎo)體層160上的頂部電接觸層170。在于圖2中示意的實(shí)施例中，頂部電接觸層170 將在隔開(kāi)的納米線140上的保形層160相互連接。太陽(yáng)能電池200進(jìn)一步包括在圖2的實(shí)施例中的底部電接觸180。在襯底110和微晶表面層112之間示意了底部電接觸180。在某些實(shí)施例中，底部電接觸180可以位于鄰近于并且被電連接到微晶表面層112的襯底110 上但是并不一定在微晶表面層112的下面。在某些實(shí)施例中，導(dǎo)電材料可以被涂覆在襯底 110的全部表面上以通過(guò)非本征微晶層112和短柱120提供到納米線140的基部的電接入。 頂部電接觸170和底部電接觸180分別地類似于以上關(guān)于光伏電池100的某些實(shí)施例所述的第一電接觸170和第二電接觸180。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，提供了一種制造光伏結(jié)構(gòu)的方法。圖3A根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意制造光伏結(jié)構(gòu)的方法300的流程圖。制造方法300是用于制造基于納米線的光伏電池例如太陽(yáng)能電池的自對(duì)準(zhǔn)過(guò)程。圖4A-4D根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意在制造期間的光伏結(jié)構(gòu)的截面視圖。圖5A-5E根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例示意在制造期間的光伏電池的截面視圖。參考圖3A，制造光伏結(jié)構(gòu)的方法300包括在襯底的表面上形成320短柱。襯底表面包括非本征半導(dǎo)體并且因此所形成的短柱是襯底表面的非本征半導(dǎo)體的組成部分。制造方法300進(jìn)一步包括從短柱的上表面生長(zhǎng)340納米線。納米線包括本征半導(dǎo)體和非本征半導(dǎo)體之一或這兩者。在某些實(shí)施例中，本征半導(dǎo)體延伸納米線的軸向長(zhǎng)度，從而納米線的體積是本征區(qū)域。在其它實(shí)施例中，納米線的軸向片段包括本征半導(dǎo)體區(qū)域，而納米線的、鄰近于本征軸向片段的另一軸向片段包括非本征半導(dǎo)體區(qū)域?？商娲?，在某些實(shí)施例中，非本征半導(dǎo)體延伸納米線的軸向長(zhǎng)度。在這些實(shí)施例中的某些實(shí)施例中，納米線沿著納米線的軸向長(zhǎng)度進(jìn)一步包括同心本征區(qū)域(例如，核-殼納米線結(jié)構(gòu))。根據(jù)在這里的各種實(shí)施例，在襯底表面中形成320短柱采用納米顆粒作為自對(duì)準(zhǔn)掩模。圖3B根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意形成320短柱的流程圖。形成320短柱包括將納米顆粒施加322到襯底表面；并且通過(guò)使用納米顆粒掩蔽其處沒(méi)有產(chǎn)生隔離層并且將形成短柱的襯底表面的下面位置(underlying location)而在襯底表面之上和之中產(chǎn)生3M 隔離層。在這個(gè)自對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中使用納米顆粒同時(shí)地產(chǎn)生324內(nèi)置隔離層和形成320短柱； 并且如在下面提供地，促進(jìn)了納米線從短柱的生長(zhǎng)340。在某些實(shí)施例中，襯底表面是在非單晶體襯底材料上的非單晶體半導(dǎo)體種層。種層例如使用PECVD在襯底表面上沉積。圖4A根據(jù)這個(gè)實(shí)施例示意具有被施加到襯底表面 412的納米顆粒150的襯底410和微晶半導(dǎo)體襯底表面412的側(cè)視圖。在其它實(shí)施例中，襯底表面是單晶體半導(dǎo)體襯底材料的表面。圖5A根據(jù)這個(gè)實(shí)施例示意帶有被施加到單晶體半導(dǎo)體襯底510的襯底表面512的納米顆粒150的單晶體半導(dǎo)體襯底510的側(cè)視圖。納米顆?？梢员灰愿鞣N方式施加322到襯底表面。例如，納米顆?？梢栽谝后w溶劑中分散，該液體溶劑例如通過(guò)旋涂技術(shù)而被施加322到襯底表面。液體溶劑被蒸發(fā)從而納米顆粒在隨機(jī)位置中保留在襯底表面上。在另一個(gè)實(shí)例中，納米顆粒例如通過(guò)使用噴涂技術(shù)而作為薄膜被沉積322在襯底表面上，并且然后薄膜被韌化(anneal)以在納米顆粒之間形成間斷。在這些實(shí)例中，納米顆粒具有固體粉末形式并且它們的施加322在襯底表面上提供無(wú)序的納米顆粒分布。例如，納米顆?？梢允墙?Au)粒在甲苯溶劑中的膠狀懸浮體。 在另一個(gè)實(shí)例中，可以使用電化學(xué)沉積來(lái)施加322納米顆粒。電化學(xué)沉積可以在表面上的、 其處發(fā)生納米顆粒沉積的位置方面提供選擇性?？梢允褂迷诋a(chǎn)生3M期間消耗襯底表面的技術(shù)產(chǎn)生3M隔離層。在某些實(shí)施例中， 隔離層構(gòu)成半導(dǎo)體表面的氧化物和氮化物之一。在其它實(shí)施例中，隔離層可以是半導(dǎo)體表面的碳化物或者從半導(dǎo)體表面材料形成的另一種電介質(zhì)材料。在某些實(shí)施例中，產(chǎn)生324 隔離層包括使用熱氧化。在其它實(shí)施例中，產(chǎn)生3M隔離層包括使用等離子體輔助技術(shù)，例如等離子體氧化或者等離子體陽(yáng)極氧化。等離子體輔助技術(shù)例如等離子體氧化，與熱氧化相比是相對(duì)低溫的過(guò)程。例如，用于提供質(zhì)量隔離層(例如，相對(duì)地不含針孔)的表面熱氧化可以使用高于400°C的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)。相比之下，用于提供等價(jià)質(zhì)量隔離層的表面的等離子體氧化和等離子體陽(yáng)極氧化使用低于400°C的溫度。例如，處于或者低于大約200°C的溫度是可能的，包括例如100°C-150°C的溫度范圍。用于產(chǎn)生324隔離層的相對(duì)較低溫度等離子體輔助過(guò)程具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。不僅較低溫度過(guò)程可以增加對(duì)于制造光伏結(jié)構(gòu)而言有用的可用材料的數(shù)目，而且較低溫度過(guò)程還可以降低成本。在其它實(shí)施例中，可以使用使用金屬有機(jī)前體(precursor)的原子層沉積(ALD)產(chǎn)生324隔離層。ALD可以提供良好的保形性和選擇性(即，ALD膜將不在金屬表面上沉積而是將在半導(dǎo)體表面上沉積)之一或這兩者。在產(chǎn)生324隔離層期間，襯底表面的一部分被消耗以產(chǎn)生隔離層的在襯底表面中嵌入的一部分和隔離層的覆在嵌入部分之上或者“在襯底表面上”的一部分這兩者。例如， 使用或者熱氧化過(guò)程或者等離子體氧化過(guò)程在硅基片表面之中和之上產(chǎn)生324的隔離層將包括被電隔離的氧化硅隔離層。在某些實(shí)施例中，隔離層的厚度范圍例如從大約5納米 (nm)到大約50nm。隔離層的嵌入部分例如具有范圍可以從大約2nm到大約20nm的厚度。 隔離層的表面部分例如具有范圍可以從大約3nm到大約30nm的厚度。“大約”意味著在這里提供的數(shù)值涵蓋例如正常的材料和過(guò)程變異。在隔離層的產(chǎn)生3M期間，納米顆粒未被消耗。而且，納米顆粒掩模防止在納米顆粒下面的襯底表面的位置在產(chǎn)生324隔離層期間被消耗。受保護(hù)位置是自對(duì)準(zhǔn)的、形成的 320短柱。在產(chǎn)生3M隔離層期間，隔離層的嵌入部分在納米顆粒掩模的周邊處底切納米顆粒掩模。在某些實(shí)施例中，納米顆粒的寬度范圍例如從大約5nm變動(dòng)到大約50nm。隔離層的嵌入部分可以例如以并不超過(guò)5nm的量底切納米顆粒周邊。這樣，下面的短柱比用于掩蔽它的納米顆粒更窄。換言之，所形成320的短柱的寬度小于納米顆粒的寬度。此外，根據(jù)這個(gè)實(shí)施例形成320的短柱具有與隔離層的嵌入部分的厚度一樣高的高度。隔離層的表面部分止于納米顆粒的周邊處。根據(jù)實(shí)施例，由于產(chǎn)生3M隔離層，所形成320的短柱的側(cè)壁可以是相對(duì)豎直的或者可以是漸縮的。漸縮短柱側(cè)壁在短柱的基部處比在鄰近于納米顆粒的短柱的上表面處更寬。圖4B示意根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例產(chǎn)生的隔離層130的側(cè)視圖。圖4C根據(jù)這個(gè)實(shí)施例示意圖4B中的短柱之一的放大視圖。如所示意地，隔離層130的嵌入部分132底切納米顆粒150的周邊，而隔離層130的表面部分134鄰靠納米顆粒150。圖4C作為實(shí)例示意在某些實(shí)施例中，所形成320的短柱的側(cè)壁相對(duì)于襯底的水平面是相對(duì)豎直的。圖4B和 4C進(jìn)一步示意在納米顆粒150 (BP,自對(duì)準(zhǔn)的、所形成的320短柱)下面的區(qū)域保持未被從微晶材料改變并且與微晶表面層412連續(xù)。在某些實(shí)施例中，形成320短柱進(jìn)一步包括在產(chǎn)生324隔離層之前使用納米顆粒作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻襯底表面。在該實(shí)施例中，納米顆粒在蝕刻期間保護(hù)或者掩蔽襯底表面的下面的位置。可以使用干法蝕刻技術(shù)例如反應(yīng)離子蝕刻(RIE)或者濕法蝕刻來(lái)蝕刻襯底表面。在蝕刻之后，具有比在圖4C中示意的實(shí)施例相對(duì)更高的側(cè)壁的、由襯底表面材料制成的短柱前體(pre-stub)得以形成。圖5B根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意單晶體襯底 510的截面視圖，其表面512得以蝕刻以形成短柱前體120a。也在蝕刻之后，在隔離層被產(chǎn)生3M時(shí)，納米顆粒保留于短柱前體120a的上表面上。雖然未被示意，但是應(yīng)該注意，在某些實(shí)施例中，在圖4A中示意的微晶襯底表面可以進(jìn)一步包括蝕刻以形成320更高的微晶短柱。在這里對(duì)于在圖5A和5B中示意的蝕刻單晶體襯底實(shí)施例的說(shuō)明是僅僅通過(guò)實(shí)例提供的。圖5C根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示意產(chǎn)生3 還將短柱前體120a轉(zhuǎn)換成短柱120 的隔離層130的側(cè)視圖。在該實(shí)施例中，在產(chǎn)生3M隔離層期間，隔離層130進(jìn)一步消耗短柱前體(120a)的某些側(cè)壁。類似于上述底切，當(dāng)隔離層130在納米顆粒150的周邊處底切時(shí)，相對(duì)豎直的延伸的嵌入部分132在短柱前體(120a)的側(cè)壁中產(chǎn)生。而且，隔離層130 的表面部分134在鄰近于相對(duì)豎直嵌入部分132的短柱的側(cè)壁上形成。隔離層130的相對(duì)豎直表面部分134可以超過(guò)或者可以不超過(guò)短柱120加上納米顆粒150的高度。這樣，在該實(shí)施例中，形成320 了在水平面中高度比內(nèi)置的、所產(chǎn)生3M的隔離層的厚度更大但是仍然比納米顆粒150更窄的自對(duì)準(zhǔn)短柱。而且，自對(duì)準(zhǔn)短柱被在短柱的側(cè)壁上的內(nèi)置隔離層 130的相對(duì)豎直部分132、134包圍。在短柱的側(cè)壁上的隔離層的厚度可以不同于在襯底表面上(在水平面中)的隔離層的厚度。在水平延伸隔離層和隔離層的相對(duì)豎直延伸部分之間的厚度差異依賴于制造過(guò)程條件。圖5C進(jìn)一步示意在納米顆粒150下面的區(qū)域(S卩，自對(duì)準(zhǔn)的、所形成320的短柱)保持未被從單晶體半導(dǎo)體襯底材料改變并且保持與襯底表面512連續(xù)。僅僅通過(guò)實(shí)例，短柱 120和短柱前體120a在圖5B-5E中被示意為帶有豎直側(cè)壁。應(yīng)該理解，在某些實(shí)施例中，這些短柱120、120a可以具有漸縮形狀，其中短柱在短柱基部處比在其上表面處更寬。這樣， 術(shù)語(yǔ)“相對(duì)豎直”僅僅被用于描述在所形成的短柱的側(cè)壁上的隔離層的豎立部分并且它在這里并非旨在構(gòu)成限制?；剡^(guò)來(lái)參考圖3A，如上所述，制造光伏結(jié)構(gòu)的方法300進(jìn)一步包括從短柱的上表面生長(zhǎng)340納米線。根據(jù)在這里的各種實(shí)施例，納米顆粒進(jìn)一步催化從短柱在自對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中的納米線生長(zhǎng)340。圖4D和5D根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例示意從各個(gè)所形成320的短柱的上表面的納米線生長(zhǎng)340。注意在各種實(shí)施例中，自對(duì)準(zhǔn)納米線140的基部大于短柱120 并且至少覆于鄰近于短柱120的隔離層130的嵌入部分132之上。進(jìn)一步在圖4D中示意地，在該實(shí)施例中，納米線140的、鄰近于納米線基部的軸向長(zhǎng)度片段還覆于在短柱附近的隔離層130的表面部分134的一部分之上。圖5D示意在該實(shí)施例中覆在在短柱附近的隔離層130的兩個(gè)相對(duì)豎直部分132、134之上的納米線140的基部。納米顆粒150保留于納米線140的、與被一體地連接到短柱120的納米線的基部端相對(duì)的自由端上。雖然未在圖4D中示意但是自對(duì)準(zhǔn)納米線140從各個(gè)自對(duì)準(zhǔn)短柱120 沿著相對(duì)混亂的方向生長(zhǎng)，因?yàn)槿缭谏厦嬷辽訇P(guān)于光伏電池100的太陽(yáng)能電池200實(shí)施例描述地，短柱120是在上短柱表面處帶有相對(duì)地非均勻的微晶的微晶材料。因此，納米線的角度和生長(zhǎng)方向是無(wú)序的。圖4D僅僅為了示意簡(jiǎn)潔起見(jiàn)示意納米線的、相對(duì)均勻的方向。 關(guān)于根據(jù)某些實(shí)施例從微晶短柱的無(wú)序納米線生長(zhǎng)的示意，例如見(jiàn)在圖2中的示意。相反，參考在圖5A-5D中示意的實(shí)施例，自對(duì)準(zhǔn)納米線140也如上所述地從自對(duì)準(zhǔn)單晶體短柱沿著比較均勻的方向生長(zhǎng)。圖5D示意根據(jù)這個(gè)實(shí)施例的相對(duì)垂直的均勻生長(zhǎng)。 在圖5D中示意的納米線140的均勻垂直方向是通過(guò)實(shí)例示出的。納米線可以替代垂直地相對(duì)于襯底水平面以其它角度沿著相對(duì)均勻方向生長(zhǎng)；生長(zhǎng)方向依賴于襯底表面的單晶體材料的晶體方向。生長(zhǎng)340納米線包括使用催化生長(zhǎng)過(guò)程，例如使用納米顆粒作為催化劑的蒸汽-液體-固體(VLS)外延生長(zhǎng)。在某些實(shí)施例中，使用催化生長(zhǎng)和非催化生長(zhǎng)的組合來(lái)操控納米線沿著它的軸向長(zhǎng)度的形狀。在某些實(shí)施例中，在CVD反應(yīng)腔室中使用在生長(zhǎng)溫度下被引入該腔室中的納米線源材料的氣體混合物并且使用納米顆粒催化劑來(lái)引發(fā)納米線生長(zhǎng)。例如，可以使用金屬有機(jī)CVD (MOCVD)生長(zhǎng)磷化銦(InP)納米線。在該實(shí)例中，可以在硅基短柱上與作為金屬納米顆粒催化劑的金-硅合金材料一起使用在氫載體中的三甲基銦和磷化氫。在該實(shí)例中，InP納米線被錨固到短柱并且具有包括金的金屬頂端。在某些實(shí)施例中，制造方法300進(jìn)一步包括利用導(dǎo)電材料層以保形方式涂覆360 納米線。“以保形方式涂覆”意味著該材料通過(guò)沿著納米線的軸向長(zhǎng)度遵循納米線的輪廓而涂覆納米線。實(shí)際上，納米線表面被保形涂層所鈍化。在某些實(shí)施例中，保形層進(jìn)一步覆蓋在納米線之間和圍繞納米線的襯底表面上的隔離層的輪廓?？梢岳缡褂玫入x子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)在納米線的輪廓上以保形方式涂覆360保形層。在某些實(shí)施例中， 可以利用PECVD在納米線上以保形方式涂覆360在前描述的非單晶體材料和在前描述的單晶體材料。在某些實(shí)施例中，保形層在納米線上被涂覆360至范圍從大約5nm變動(dòng)到大約 IOOnm的厚度。在某些實(shí)施例中，以保形方式涂覆360納米線包括在被用于納米線生長(zhǎng)340的同一 CVD腔室中在納米線上生長(zhǎng)單晶體半導(dǎo)體層。在這些實(shí)施例中的某些實(shí)施例中，保形層將僅僅覆蓋納米線。例如，可以在磷化銦(InP)納米線上以保形方式生長(zhǎng)360高度摻雜的砷化銦鎵(InGaAs)的薄層。在其它實(shí)施例中，可以在被用于納米線生長(zhǎng)340的同一 CVD腔室中在納米線上生長(zhǎng)多層保形涂層。這種多層保形涂層例如提供了沿著納米線的軸向長(zhǎng)度產(chǎn)生同心結(jié)半導(dǎo)體結(jié)。在一個(gè)實(shí)例中，非本征半導(dǎo)體納米線首先在CVD腔室中生長(zhǎng)。參數(shù)和前體材料之一或這兩者然后被改變并且在納米線表面上作為單晶體本征半導(dǎo)體生長(zhǎng)保形層的第一子層。在第一子層的生長(zhǎng)之后，參數(shù)和前體材料之一或這兩者被再次改變并且在第一子層上作為非本征半導(dǎo)體生長(zhǎng)第二或者外部子層。這樣，在以保形方式涂覆360納米線期間，同心 p-i-n半導(dǎo)體結(jié)得以形成。而且，根據(jù)實(shí)施例，保形層的第二子層可以是單晶體半導(dǎo)體或者非單晶體半導(dǎo)體。如果第二子層是單晶體，則第二或者外部子層將在納米線的自由端處保留在納米顆粒下面?？商娲?，如果第二子層是非單晶體，則第二或者外部子層將由于生長(zhǎng)過(guò)程中的變化，但是在同一 CVD腔室中在納米線的自由端處覆蓋納米顆粒。在圖ID中示意的光伏結(jié)構(gòu)105例示了在以保形方式涂覆360納米線期間形成的同心半導(dǎo)體結(jié)的一個(gè)實(shí)施例。在同一反應(yīng)腔室中在納米線上生長(zhǎng)保形涂層的益處在于，納米線表面在暴露于周邊條件之前被鈍化。因?yàn)樵谠搶?shí)例中非本征半導(dǎo)體保形層僅僅涂覆納米線，所以在隔開(kāi)的、 被以保形方式涂覆的納米線之間的電連接可以隨后利用在被以保形方式涂覆的結(jié)構(gòu)之上形成的頂部電接觸而被產(chǎn)生，如在下面進(jìn)一步描述地。半導(dǎo)體保形層的摻質(zhì)類型與非本征半導(dǎo)體短柱的摻質(zhì)類型相反或者顛倒(S卩，“相反”或者“顛倒”的摻質(zhì)類型意味著/7虛Z摻質(zhì)對(duì)/7蕃摻質(zhì))。在某些實(shí)施例中，半導(dǎo)體保形層包括本征區(qū)域(例如，第一子層)和非本征區(qū)域(例如，第二子層)，其中非本征區(qū)域的摻質(zhì)類型與非本征半導(dǎo)體短柱相反。在某些實(shí)施例中，保形層等價(jià)于以上關(guān)于光伏電池100實(shí)施例和太陽(yáng)能電池200實(shí)施例中的任何一個(gè)所述的保形層160。在某些實(shí)施例中(在圖3A中未被示意)，制造光伏結(jié)構(gòu)的方法300進(jìn)一步包括形成到納米線的相對(duì)端的外部電連接。在這些實(shí)施例中，電接觸在襯底上沉積以接入被連接到短柱的納米線的基部端。在某些實(shí)施例中，在形成320短柱之前，基部或者底部電接觸被施加到襯底。例如，可以使用濺射涂覆或者電子束蒸發(fā)來(lái)沉積底部電接觸。在這些實(shí)施例中的某些實(shí)施例中，在沉積襯底表面的微晶層之前施加基部電接觸。例如，非導(dǎo)電無(wú)定形襯底可以利用鋁層濺射涂覆；然后使用PECVD在鋁層之上沉積微晶半導(dǎo)體材料以形成襯底表面。在該實(shí)例中，基部電接觸可以涂覆整個(gè)無(wú)定形襯底，即，襯底的側(cè)面、頂部和底部。圖ID和2根據(jù)這些實(shí)施例中的某些實(shí)施例示意被設(shè)置在無(wú)定形襯底110上以接入納米線140的基部端的基部電接觸180的實(shí)例。在圖ID和2中未被示意的是，基部電接觸180能夠在各光伏電池100、200的外部達(dá)到。在于圖ID和2中示意的實(shí)施例中，在于襯底110上形成微晶層112之前或者與之相結(jié)合地形成基部接觸180。在這些實(shí)施例中的某些實(shí)施例中，底部電接觸180至少在鄰近于微晶表面層的側(cè)面上包覆無(wú)定形襯底。關(guān)于在圖IA和圖5A-5E中示意的實(shí)施例，在將電連接形成于納米線140的自由端之后施加基部電接觸180，這在下面進(jìn)一步得到描述。例如，可以在這些實(shí)施例的單晶體半導(dǎo)體襯底的、與包括短柱的襯底表面相對(duì)的或者鄰近于此的一側(cè)上濺射-涂覆基部電接觸 180。在某些實(shí)施例中，頂部電接觸在保形層上沉積以電接入納米線的、與基部端相對(duì)的自由端。在其它實(shí)施例中，保形層自身提供到納米線的自由端的電接入并且是頂部電接觸。例如，可以使用濺射涂覆或者電子束蒸發(fā)來(lái)沉積頂部電接觸。該電接觸等價(jià)于以上關(guān)于光伏電池100和太陽(yáng)能電池200實(shí)施例所述的電接觸170、180。圖5E示意根據(jù)本發(fā)明方法300的圖5A-5D制造的光伏電池的側(cè)視圖。通過(guò)實(shí)例在圖5E中示意了頂部電接觸170 和底部電接觸180這兩者。在圖5E中的、所制造的光伏電池包括比在下面的保形層160厚得多的頂部電接觸170。頂部電接觸170是既導(dǎo)電又光學(xué)透明的材料。例如可以使用濺射沉積技術(shù)施加頂部電接觸170。 因此，已經(jīng)描述了光伏電池的光伏結(jié)構(gòu)、太陽(yáng)能電池和制造在被內(nèi)置隔離層包圍的自對(duì)準(zhǔn)短柱上采用自對(duì)準(zhǔn)納米線的光伏結(jié)構(gòu)的方法的實(shí)施例。應(yīng)該理解上述實(shí)施例僅僅示意了代表本發(fā)明原理的很多具體實(shí)施例中的某些實(shí)施例。顯然，在不偏離如由以下權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠易于設(shè)計(jì)多種其它的布置。
權(quán)利要求
1.一種光伏電池(100)、(200)的光伏結(jié)構(gòu)(105)包括 作為襯底表面(112)的組成部分的短柱(120)；具有被連接到所述短柱的基部的納米線(140)，所述納米線遠(yuǎn)離所述襯底表面延伸，所述納米線比所述短柱更寬；包圍所述短柱的電隔離層(130)，所述納米線基部覆在所述電隔離層的、鄰近于所述短柱的部分之上；和包括所述納米線的半導(dǎo)體結(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的光伏結(jié)構(gòu)(105)，進(jìn)一步包括以保形方式覆蓋所述納米線的導(dǎo)電涂層(160)，其中隔離層(130)將所述導(dǎo)電涂層從所述短柱電隔離。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的光伏結(jié)構(gòu)(105)，其中短柱(120)和襯底表面(112)包括第一非本征半導(dǎo)體，納米線(140)包括本征半導(dǎo)體，導(dǎo)電涂層(160)包括第二非本征半導(dǎo)體，所述半導(dǎo)體結(jié)是在所述導(dǎo)電保形涂層、所述納米線和所述短柱之間的結(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的光伏結(jié)構(gòu)(105)，其中隔離層(130)包括在襯底表面(112)中嵌入的部分(132)和覆在嵌入部分(132)之上的所述襯底表面上的部分(134)，短柱(120)的高度至少與所述隔離層的嵌入部分(132)的厚度一樣，所述納米線基部覆在包圍短柱(120) 的所述隔離層的嵌入部分(132)之上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的光伏結(jié)構(gòu)(105)，其中短柱(120)的高度大于從襯底(110)的水平面測(cè)量的、隔離層(130)的厚度，隔離層(130)的一部分沿著所述短柱的側(cè)壁延伸，所述納米線基部覆在所述隔離層的、沿著所述短柱的側(cè)壁延伸的所述部分之上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的光伏結(jié)構(gòu)(105)，其中襯底表面(112)是在非單晶體襯底(110)上的非單晶體非本征半導(dǎo)體的種層，短柱(120)是所述種層非本征半導(dǎo)體的組成部分。
7.一種太陽(yáng)能電池(100)、(200)，包括包括非本征半導(dǎo)體的多個(gè)短柱(120)，所述短柱是襯底(110)的表面(112)的組成部分；被連接到所述短柱并且遠(yuǎn)離襯底表面(112)延伸的多個(gè)納米線(140)，所述納米線包括本征半導(dǎo)體和非本征半導(dǎo)體之一或這兩者；包圍所述短柱的電隔離層(130)，所述短柱比所述納米線更窄從而所述納米線的、被連接到所述短柱的基部覆于所述隔離層的、鄰近于所述短柱的部分之上； 包覆所述納米線的保形層(160)，所述保形層是導(dǎo)電的； 包括所述納米線的半導(dǎo)體結(jié)；和分別地電接入所述納米線的相對(duì)端的電連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的太陽(yáng)能電池(100)、(200)，其中電隔離層(130)是襯底表面(112) 的氧化物，所述氧化物的部分(132)在所述襯底表面中嵌入并且部分(134)在所述襯底表面上，短柱(120)的高度至少與在襯底(110)的水平面中測(cè)量的、所述氧化物的嵌入部分 (132)的厚度一樣，保形層(160)進(jìn)一步覆蓋在納米線(140)之間的電隔離層(130)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的太陽(yáng)能電池(100)、(200)，其中保形層(160)包括被一體地附著到納米線(140)的本征半導(dǎo)體的第一子層(162)和被附著到第一子層(162)的非本征半導(dǎo)體的第二子層(164)，所述納米線包括與第二子層(164)的非本征半導(dǎo)體相反的摻質(zhì)類型，所述半導(dǎo)體結(jié)包括在納米線(140)、第一子層(162)和第二子層(164)之間的p-i-n結(jié)，并且其中所述電連接包括將被以保形方式涂覆的納米線相互電連接以接入所述納米線的、 與納米線基部相對(duì)的端部的電接觸(170)和用于接入所述納米線基部的、在襯底(110)上的電接觸(180)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的太陽(yáng)能電池(100)、(200)，其中襯底(110)是非單晶體襯底，襯底表面(112)包括所述短柱的非本征半導(dǎo)體的微晶表面層，短柱(120)是所述微晶表面層的組成部分，并且其中所述多個(gè)短柱(120)在襯底表面(112)上隨機(jī)地定位，納米線(140)在無(wú)序陣列中相對(duì)于所述襯底表面以各種角度從所述短柱延伸，所述多個(gè)納米線減少了光反射。
11.一種制造光伏結(jié)構(gòu)(105)、(100)、(200)的方法(300)，所述方法(300)包括在襯底表面(412)、(512)中形成(320)短柱，其中形成(320)短柱包括將納米顆粒(150)施加(322)到襯底(410)、(510)的非本征半導(dǎo)體表面(412)、(512);和產(chǎn)生(324)在所述半導(dǎo)體表面上并且嵌入其中的電隔離層，納米顆粒(150)從所述隔離層掩蔽所述半導(dǎo)體表面的下面部分，所述下面部分是所述短柱，所述短柱比所述納米顆粒更窄；通過(guò)使用納米顆粒來(lái)催化納米線生長(zhǎng)而從所述短柱生長(zhǎng)(340 )納米線，其中所述納米線的一部分覆于所述隔離層的、鄰近于并且包圍所述短柱的部分之上；并且利用導(dǎo)電保形層以保形方式涂覆(360 )所述納米線。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的制造方法(300)，其中產(chǎn)生(3M)電隔離層包括生長(zhǎng)所述半導(dǎo)體表面的氧化物，其中所述短柱具有小于納米顆粒(150)的寬度的寬度。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的制造方法(300)，其中形成(320)短柱進(jìn)一步包括使用納米顆粒 (150)作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻襯底表面(512)以在產(chǎn)生電隔離層之前形成短柱前體(120a)， 所述短柱的高度大于從所述襯底的水平面測(cè)量的、所產(chǎn)生的隔離層的厚度，所產(chǎn)生的隔離層進(jìn)一步在所述短柱的側(cè)壁上并且嵌入其中從而所述短柱比所述納米顆粒更窄。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的制造方法(300)，其中以保形方式涂覆(360)所述納米線包括利用所述納米線形成半導(dǎo)體結(jié)和從所述納米線的、與所述短柱相對(duì)的端部提供到所述納米線的電接入之一或這兩者，其中所述隔離層將所述保形層從所述短柱電隔離。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的制造方法(300)，進(jìn)一步包括在提供納米顆粒(150)之前提供半導(dǎo)體表面(412)，其中提供半導(dǎo)體表面(412)包括在襯底(410)上沉積非單晶體半導(dǎo)體種層，所述半導(dǎo)體種層提供促進(jìn)從所述短柱生長(zhǎng)(340)納米線的微晶，襯底(410)是非單晶體材料。
全文摘要
光伏電池(100)、(200)的光伏結(jié)構(gòu)(105)和制造光伏結(jié)構(gòu)(105)、(100)、(200)的方法(300)采用具有被連接到短柱(120)的基部的納米線(140)和包圍短柱的電隔離層(130)。短柱是襯底表面(112)的組成部分。納米線遠(yuǎn)離襯底表面延伸并且比短柱更寬。納米線基部覆于隔離層的、鄰近于短柱的部分之上。半導(dǎo)體結(jié)包括納米線。方法(300)包括形成(320)短柱；從短柱生長(zhǎng)(340)納米線；和以保形方式涂覆(360)納米線。納米顆粒(150)被施加(322)到襯底表面。使用納米顆粒作為掩模，隔離層在襯底表面上產(chǎn)生(324)并且嵌入其中。在納米顆粒下面的襯底表面的一部分形成短柱。納米顆粒(150)在短柱上催化納米線生長(zhǎng)(340)。短柱比納米顆粒更窄。
文檔編號(hào)H01L31/042GK102326258SQ200880132827
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月19日
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