垂直堆疊的光伏和熱太陽能電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明通過按照利用薄膜半導(dǎo)體的堆疊形式垂直排列的光伏模塊提供了一種新穎的光伏太陽能電池系統(tǒng)，該薄膜半導(dǎo)體從有機(jī)和無機(jī)薄膜半導(dǎo)體中選擇。堆疊電池可以是按照平面方式制造、然后按照有角度形式垂直地定向(也稱為傾斜)以使光捕獲方面最大的電池。使用堆疊配置系統(tǒng)允許使用透明材料或半透明金屬。通過使設(shè)備具有斜面或用不同的折射率材料來覆蓋該設(shè)備的末端，使光被向回反射。層疊的電池之間的接觸可串行地或并行地完成。本發(fā)明使用集中器體系結(jié)構(gòu)，其中光被引導(dǎo)到包含用于吸收從而減少熱能產(chǎn)生的熱流體通道的電池中。
【專利說明】垂直堆疊的光伏和熱太陽能電池
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2009 年 12 月 21 日提交的題為 “Vertically Stacked Photovoltaicand Thermal Solar Cell (垂直堆疊的光伏和熱太陽能電池)”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)S/N61/288，632的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)通過引用結(jié)合于此。
[0003]政府贊助
[0004]美國(guó)政府具有本發(fā)明的已付許可，并且在有限的情況下有權(quán)要求專利權(quán)人在如美國(guó)能源部頒發(fā)的批準(zhǔn)號(hào)DE-FG36-08G088008的條款所規(guī)定的合理?xiàng)l款下許可其它人。

【背景技術(shù)】
[0005]本發(fā)明涉及一種新型的光伏(PV)太陽能電池系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合集中器技術(shù)和冷卻劑方法以使來自利用有機(jī)薄膜和/或無機(jī)薄膜半導(dǎo)體以堆疊形式垂直排列的光伏(PV)模塊的電和熱輸出最大。
[0006]相關(guān)技術(shù)描述
[0007]目前國(guó)際上致力于實(shí)現(xiàn)包括有機(jī)光伏(OPV)設(shè)備和II1-V半導(dǎo)體無機(jī)光伏(IPV)(例如但不限于銅銦鎵硒化合物(CIGS))的薄膜設(shè)備的更高性能。目標(biāo)是制造可以按照有效但廉價(jià)的方式產(chǎn)生電力的模塊。
[0008]迄今為止，對(duì)于無機(jī)光伏(IPV)電池，由II1-V半導(dǎo)體化合物制成的薄膜太陽能電池呈現(xiàn)領(lǐng)先的能量轉(zhuǎn)換效率。在2008年，國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)的團(tuán)隊(duì)在銅銦鎵硒化合物(CIGS)太陽能電池中實(shí)現(xiàn)了 19.9%的效率。除了潛在的高效率，Ill-V半導(dǎo)體化合物材料相比于硅太陽能電池還具有優(yōu)點(diǎn)，包括:元素組分的帶隙可調(diào)性、直接帶隙能量的光子吸收更高以及熱降解更小。現(xiàn)有技術(shù)表明可通過多重堆疊不同帶隙能量的光伏材料以形成所謂的多結(jié)或串接電池來實(shí)現(xiàn)效率提高。串接電池的理念是利用通過πι-v半導(dǎo)體化合物的組分實(shí)現(xiàn)的帶隙能量和晶格常數(shù)的可調(diào)性以從太陽光光譜更寬且更有效地吸收光子能量。迄今為止，已通過由NREL、Boeing-Spectrolab和Fraunhofer獨(dú)立開發(fā)的三結(jié)InGaP/GaAs/Ge電池實(shí)現(xiàn)了約為40%的最高效率。
[0009]制造三結(jié)InGaP/GaAs/Ge電池的最近進(jìn)展顯示出接近理論極限的遠(yuǎn)大前景(在AM1.5DU000太陽下效率為50.1% )。然而，這些電池的制造非常復(fù)雜。例如，串聯(lián)的單片三結(jié)電池具有超過15個(gè)半導(dǎo)體層。通過采用有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積(MOCVD)的外延生長(zhǎng)來沉積每個(gè)層，這傾向于需要這些堆疊的半導(dǎo)體材料之間精確的晶格匹配。雖然當(dāng)前正在進(jìn)行由NREL發(fā)起的開發(fā)下一代制造技術(shù)以制造42%高效的II1-V三結(jié)串接集中器太陽能電池的努力，但是這些電池的大量生產(chǎn)將傾向于需要控制大面積的外延生長(zhǎng)。因此，制造三結(jié)InGaP/GaAs/Ge電池仍然面臨技術(shù)上的挑戰(zhàn)。而且,制造這些串接電池的成本可能達(dá)不到峰值為1$/瓦的商業(yè)上可行的目標(biāo)。
[0010]最近，基于美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)計(jì)劃的合作團(tuán)隊(duì)報(bào)告了一種新穎的電池模塊設(shè)計(jì)，其中通過分色濾色器分離陽光并將其獨(dú)立地置于具有不同的帶隙能量的電池中。在這種體系結(jié)構(gòu)中，每個(gè)電池將接收太陽光譜的一部分，該部分被最有效地吸收并轉(zhuǎn)化為電力。該體系結(jié)構(gòu)避免了單片設(shè)備的子電池之間的電流匹配問題和上層子電池中的自由載流子吸收損耗。他們已采用適當(dāng)?shù)臑V波器獨(dú)立地測(cè)試三個(gè)電池(兩個(gè)雙結(jié)和一個(gè)單結(jié))以模擬每個(gè)電池的光譜入射，并通過簡(jiǎn)單地總計(jì)三個(gè)電池的效率報(bào)告了 42.7%的效率。這表明通過對(duì)電池模塊的正確的光學(xué)設(shè)計(jì)，每個(gè)單獨(dú)電池的設(shè)計(jì)可更簡(jiǎn)單地制造而不犧牲總效率。
[0011]對(duì)于有機(jī)光伏電池，多數(shù)努力集中于產(chǎn)生允許有效分離光生激子的聚合物-納米顆?；旌衔??；谶@些“體異質(zhì)結(jié)”混合物的設(shè)備體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)生入射光到電力的超過5%的轉(zhuǎn)化。它們主要基于散布有C6tl(富勒烯)偶聯(lián)物的聚噻吩宿主。困難來自于:混合物的不同的宿主材料、可用分散相或納米相可能不具有適當(dāng)?shù)碾娮咏Y(jié)構(gòu)或可能不能形成支持有效的諧振電荷轉(zhuǎn)移的正確界面。低吸收范圍以及隨之而來的降低的填充因數(shù)的附加因素導(dǎo)致更低的功率轉(zhuǎn)換效率。
[0012]在模塊形式中，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備性能中的限制可包括IPV或OPV周圍的溫度升高的影響，并且升高的溫度對(duì)太陽能電池的效率和壽命有不利影響。光伏設(shè)備的眾所周知的問題為電池組件的由于暴露在陽光下所導(dǎo)致的溫度升高引起的熱降級(jí)。隨著時(shí)間的推移，熱降級(jí)傾向于影響電池的壽命。而且在以漫射光為主或?qū)⒅鄙潢柟馍⑸涑陕湫问降奶鞖饽Ｊ降膮^(qū)域中采集光還會(huì)產(chǎn)生其他問題。
[0013]構(gòu)建成功的光伏電池仍然存在基本問題，這些基本問題取決于有源介質(zhì)以及甚至電極和集中器的使用而影響某些或全部薄膜太陽能電池。這些問題可包括電荷載流子輸運(yùn)，因?yàn)榫哂芯w缺陷限制的聚合物、聚合物復(fù)合材料和一些無機(jī)薄膜能夠?qū)⒁恍┗蛩兄C振光轉(zhuǎn)化為電荷載流子(電子和空穴或激子)，它們的載流子輸運(yùn)是糟糕的。關(guān)于電荷載流子輸運(yùn)，具有晶體缺陷限制的聚合物、聚合物復(fù)合材料和一些無機(jī)薄膜能夠?qū)⒁恍┗蛩兄C振光轉(zhuǎn)化為電荷載流子(電子和空穴或激子)，它們的載流子輸運(yùn)是糟糕的。其原因在有機(jī)物中顯現(xiàn)，因?yàn)樵诰酆衔飶?fù)合材料內(nèi)所產(chǎn)生的激子在被重新結(jié)合前僅可行進(jìn)非常短的距離，通常約10到20nm。其次，基于有機(jī)物的光伏設(shè)備具有較差的遷移率和導(dǎo)電性。例如CdTe =CdSe的無機(jī)電池遭受晶體結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的缺陷，導(dǎo)致電荷載流子輸運(yùn)中的限制。因此，聚合物復(fù)合材料光伏設(shè)備可僅由超薄半導(dǎo)體膜(通常小于150nm)制成。理想地，如果光能夠被完全地吸收，則20nm的薄膜將足夠,但是這在控制針孔(pin-holing)效應(yīng)時(shí)是有問題的。分色法挑戰(zhàn)的另一問題是透明度，由于糟糕的載流子輸運(yùn)性質(zhì)因此必須具有非常薄的膜，但是大量的光因透明度而損失掉。雖然可解決使激子從設(shè)備中離開的問題，但是沒有足夠的材料來防止光通過。最終，該問題為氧化和水，氧化和水可影響基于有機(jī)和某些無機(jī)的薄膜設(shè)備，這些設(shè)備需要嚴(yán)格控制的實(shí)驗(yàn)室條件以使聚合物復(fù)合材料中的氧和水污染物最少，氧和水污染物隨著時(shí)間推移使設(shè)備性能劣化。
[0014]此外還存在電極材料的基本問題。盡管電極材料隨時(shí)間的成本和有限的不穩(wěn)定性，使用諸如TO和ITO之類的透明電極已成為現(xiàn)有的薄膜設(shè)備中的主要電極材料。眾所周知，如果電極材料太薄(如它們的導(dǎo)電性變得糟糕)或太厚(如它們的透明度大大降低)，則它們的性能將受到損害。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]根據(jù)一些實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種新穎的光伏太陽能電池系統(tǒng)，該系統(tǒng)組合集中器技術(shù)和冷卻劑方法，以使來自按照利用薄膜半導(dǎo)體的堆疊形式垂直排列的光伏模塊的電和熱輸出最大，該薄膜半導(dǎo)體從有機(jī)和無機(jī)薄膜半導(dǎo)體中選擇。
[0016]根據(jù)一些實(shí)施例中，本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有光伏設(shè)備中一般遇到的效率和制造限制，該光伏設(shè)備可以是有機(jī)或無機(jī)太陽能電池。更具體地，根據(jù)一些實(shí)施例中，本發(fā)明解決了構(gòu)建成功的光伏電池存在的基本問題，這些基本問題取決于有源介質(zhì)以及甚至電極和集中器的使用而影響某些或全部薄膜太陽能電池。
[0017]基于這些原理，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例描述的堆疊電池是按照平面方式制造、然后按照成角度(本申請(qǐng)中也使用術(shù)語傾斜)的形式垂直定向的電池，以使光捕獲方面最大。
[0018]使用如本申請(qǐng)中描述的堆疊配置系統(tǒng)允許使用多種電極材料。具體而言，使用如本申請(qǐng)中描述的堆疊配置系統(tǒng)允許使用透明電極或諸如但不限于Au、Ag (包括銀漿料)之類的半透明。光捕獲可通過來回反射直到大量的諧振光被吸收為止來控制。在這樣的情況下，不需要直接的透明度，因?yàn)榘碎L(zhǎng)度尺寸，該長(zhǎng)度尺寸允許光傳播更遠(yuǎn)，從而使它能被吸收。光傳輸至最末端，而且通過使設(shè)備的末端為斜面或用不同折射率材料覆蓋該設(shè)備的末端、或者替代地使用反射性表面，可使光通過該設(shè)備被向回反射。
[0019]本申請(qǐng)中描述的設(shè)備還解決了熱降級(jí)。根據(jù)一些實(shí)施例，本發(fā)明通過在基礎(chǔ)襯底上設(shè)置熱流體入口，該熱流體入口收集并耗散來自其它電池組件的熱，解決了該問題。這也可利用集中器體系結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，其中光被引導(dǎo)進(jìn)入電池中，該電池包含用于吸收從而減少熱能產(chǎn)生的熱流體通道(使用諸如水之類的透明流體)。光集中可通過使用菲涅耳透鏡、拋物面反射鏡或此類結(jié)構(gòu)的衍生物來實(shí)現(xiàn)。使用諸如但不限于菲涅耳透鏡之類的集中器太陽能電池和透鏡機(jī)構(gòu)解決了在以漫射光為主或?qū)⒅鄙潢柟馍⑸涑陕湫问降奶鞖饽Ｊ降膮^(qū)域中采集光的問題。堆疊的電池之間的接觸可串行地或并行地完成。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1示出了垂直的多個(gè)堆疊光伏設(shè)備；
[0021]圖2A示出了基本透鏡系統(tǒng)；
[0022]圖2B示出了具有熱部件的基本透鏡系統(tǒng)；
[0023]圖3示出了復(fù)雜透鏡系統(tǒng)；
[0024]圖4A不出了桿和板壓力系統(tǒng)；
[0025]圖4B不出了桿和螺栓壓力系統(tǒng)；
[0026]圖5示出了有機(jī)光伏(OPV)電池設(shè)計(jì)；
[0027]圖6示出了具有熱通道的OPV電池設(shè)計(jì)；
[0028]圖7示出了無機(jī)光伏(IPV)電池設(shè)計(jì)；
[0029]圖8示出了具有熱通道的IPV電池設(shè)計(jì)；
[0030]圖9示出了復(fù)雜電池設(shè)計(jì)；
[0031]圖10示出了一種傾斜類型的復(fù)雜電池設(shè)計(jì)；
[0032]圖11示出了另一種傾斜類型的復(fù)雜電池設(shè)計(jì)；
[0033]圖12示出了又一種傾斜類型的復(fù)雜電池設(shè)計(jì)；
[0034]圖13示出了具有熱通道的復(fù)雜電池設(shè)計(jì)；以及
[0035]圖14示出了另一具有熱通道的復(fù)雜電池設(shè)計(jì)；
[0036]圖15示出了用于制造OPV堆疊的串接電池的過程；
[0037]圖16示出了通過圖15的過程制造的OPV堆疊的串接電池的側(cè)視圖。
[0038]圖17為示出了通過堆疊的光伏電池的光的簡(jiǎn)化光線圖；
[0039]圖18為示出了通過堆疊的雙光伏(PV)電池的光的簡(jiǎn)化光線圖；
[0040]圖19A示出了在具有光伏(PV)設(shè)備的襯底上沉積的金屬條；
[0041]圖19B示出了圖19A中所示的具有沉積的金屬條的堆疊的光伏(PV)設(shè)備的側(cè)視圖；
[0042]圖19C示出了在圖19B中所示的暴露的金屬條上施加的導(dǎo)電帶；
[0043]圖19D示出了在具有光伏(PV)設(shè)備的彈性襯底上沉積的金屬條；
[0044]圖19E示出了在不損壞連接的情況下彎曲圖19D所示的彈性襯底；
[0045]圖19F示出了圖19E中所示的光伏(PV)設(shè)備的堆疊；以及
[0046]圖19G示出了在圖19F中所示的暴露的金屬條上施加的導(dǎo)電帶。
[0047]優(yōu)選實(shí)施例的描述
[0048]在多個(gè)實(shí)施例中，本申請(qǐng)中描述了堆疊光伏設(shè)備。堆疊光伏設(shè)備包括平坦襯底、涂敷平面襯底的第一電極層、沉積在第一電極層上的連續(xù)的半導(dǎo)體(有源材料-AM)層、以及沉積在連續(xù)AM層上的第二電極層。第一電極層對(duì)電磁輻射至少部分透明。連續(xù)的AM層與第一電極層電接觸。第二電極層與連續(xù)的AM層電接觸。連續(xù)的AM層吸收電磁輻射并且將電磁輻射轉(zhuǎn)化為電功率(產(chǎn)生的電壓和電流)。連續(xù)的AM層包括至少一種半導(dǎo)電材料，但一般而言包括以異質(zhì)結(jié)層形式的兩種半導(dǎo)體材料，但不同有源材料的那些連續(xù)線被連續(xù)地設(shè)置。所形成的設(shè)備(如圖1中所示)然后按照一系列堆疊與其他平面結(jié)構(gòu)組合，其中設(shè)備相對(duì)于入射光垂直而不是平行地安裝。以這種方式，光被引導(dǎo)向下通過不同的層直至諧振光被吸收并轉(zhuǎn)化為電功率。
[0049]圖1示出了垂直的多重堆疊光伏設(shè)備100，示出了光輸入110、全反射A1120、薄膜有機(jī)半導(dǎo)體(0SC130)、半反射Aul40、襯底150、以及半反射A1160。圖1描繪了針對(duì)垂直堆疊的串接有機(jī)光伏(OPV)電池設(shè)計(jì)的半透明路徑系統(tǒng)的示例。
[0050]襯底滑塊由非晶硅玻璃、石英玻璃、包含熒光納米顆粒或微粒以及/或包含反斯托克斯(ant1-stokes)顆粒的摻雜玻璃制成,但不限于此。替代地，襯底可由聚合物制成，該聚合物還可包含具有嵌入式染料/分子的反斯托克斯顆粒以將所吸收的光從紅外光轉(zhuǎn)變至可見光，或可包含將UV光轉(zhuǎn)化之可見光或近IR的UV熒光染料。
[0051]最初的半導(dǎo)體層一般包含宿主P型聚合物(聚噻吩、聚咔唑、聚苯并噻二唑以及它們的共聚物)和η型半導(dǎo)體(例如但不限于PCBM(C6tl或C7tl版本)或茈酰亞胺衍生物)。第二層可包含吸收太陽光譜的另一部分的另一聚合物(P或η型)和量子點(diǎn)或量子桿(例如，但不限于，例如Cu2S，CdS, CdSe, PbS或PbSe的低帶隙納米顆粒)。第三層包括吸收太陽光譜的另一部分的另一聚合物(P或η型)和量子點(diǎn)或量子桿。每個(gè)附加層的目的在于吸收其他層沒有吸收的更多的太陽光譜。
[0052]使用金屬層作為提供“高功函”電極的另一選擇的目的在于代替透明電極銦錫氧化物(ITO)。例如Au，Ag，Co，Ni，Pt，Pd和Mo之類的元素是可用作電極的高功函金屬的示例。然而，這些電極在定義上必須并且需要是半透明的。該透明度必須為10%-70%透明度范圍。諸如Al之類的對(duì)電極可以為半透明或全反射。
[0053]透鏡系統(tǒng)(如圖2A和2B所示)還可用于增加光的強(qiáng)度和/或吸收漫射或低強(qiáng)度光。透鏡可包括凸透鏡、菲涅耳透鏡、或光學(xué)組合以增加入射PV設(shè)備的光的強(qiáng)度和/或偏轉(zhuǎn)更多入射光(漫射或直射光)。
[0054]圖2A示出了透鏡系統(tǒng)200A，示出了透鏡210A和承載盒220A。圖2A示出了基本透鏡設(shè)計(jì)，其中透鏡210A可以是設(shè)置在承載盒210B頂部的菲涅耳透鏡，承載盒210B包含集中器。
[0055]圖2B示出了具有熱部件的透鏡系統(tǒng)200B，示出了透鏡210B、承載盒200B、以及熱流體冷卻劑出口 230。圖2B示出了基本透鏡設(shè)計(jì)，其中透鏡210B可以是設(shè)置在承載盒210B頂部的菲涅耳透鏡，承載盒210B包含集中器和熱部件。
[0056]替代地，可使用的新透鏡系統(tǒng)為用于將直射或漫射光偏轉(zhuǎn)到設(shè)備中的貝爾透鏡系統(tǒng)。如圖3所示，系統(tǒng)包含將光通過透鏡系統(tǒng)聚焦到凹透鏡上的菲涅耳透鏡，該凹透鏡然后使光變寬以入射更多的設(shè)備。它還降低了透鏡的作用以防止高強(qiáng)度的光入射半導(dǎo)體層，高強(qiáng)度的光入射具有使有源層降級(jí)并因此降低透鏡作用的效果。
[0057]圖3示出了復(fù)雜透鏡系統(tǒng)300，示出了菲涅耳透鏡310、承載盒320、以及中央冷卻劑通道330。圖3描繪了頂部具有菲涅耳透鏡310的復(fù)雜透鏡設(shè)計(jì)的示例，該菲涅耳透鏡通過透鏡系統(tǒng)將光聚焦到凹透鏡上，該凹透鏡然后使光變寬以入射更多光伏(PV)設(shè)備和中央冷卻劑通道330。
[0058]堆疊通過壓力作用機(jī)械地連接在一起(圖4)。
[0059]堆疊粘合在一起，其中膠粘物為薄膜。
[0060]圖4A示出了桿和板壓力系統(tǒng)400A，示出堆疊構(gòu)造410A、緊固件420A、桿430A、以及板440A。圖4A描繪以堆疊構(gòu)造410A的滑塊的示例，其中滑塊通過機(jī)械壓力系統(tǒng)(但不限于這些方法)物理結(jié)合。
[0061]圖4B示出桿和螺栓壓力系統(tǒng)400B、堆疊構(gòu)造410B、緊固件420B以及桿430B。圖4B描繪以堆疊構(gòu)造410B的滑塊的另一示例，其中滑塊是通過機(jī)械壓力系統(tǒng)(但不限于這些方法)物理結(jié)合。
[0062]圖5示出有機(jī)光伏(OPV)電池設(shè)計(jì)500，示出了襯底510、IT0520、PEDOT:PSS530、0SC540、LiF550、A1560以及有機(jī)光伏電池570。圖5描繪垂直定向并傾斜的標(biāo)準(zhǔn)有機(jī)光伏(OPV)電池設(shè)計(jì)。所構(gòu)想的圖5中所示的設(shè)計(jì)在沒有熱通道時(shí)使用。
[0063]圖6示出具有熱通道的OPV電池設(shè)計(jì)600，示出了電極610、第一有機(jī)有源層620、熱通道630、隔離件640、襯底650、以及第二有機(jī)有源層660。圖6描繪具有熱通道630的串接有機(jī)光伏(OPV)電池設(shè)計(jì)600，包括:1)電極610，其中一個(gè)電極為高功函金屬以而第二電極為低功函材料，以允許肖特基構(gòu)造；2)第一有機(jī)有源層620 ；3)熱通道630，可以為管流以帶走熱量；4)兩個(gè)不同有源層620和640之間的隔離件640 ；5)襯底650 ;以及6)第二有機(jī)有源層660。
[0064]圖7示出了無機(jī)光伏(IPV)電池設(shè)計(jì)700，示出了襯底710、Mo720、Cu(InGa)Se2730、CdS740、Zn0750、ZnO:A1760、以及無機(jī)光伏電池770。圖7描繪以最佳吸收的角度線性對(duì)準(zhǔn)的無機(jī)光伏(IPV)堆疊的電池770。雖然這里未示出，但也可部分地使用半透明電極，例如Au或Ag。所構(gòu)想的圖7中所示的設(shè)計(jì)在沒有熱通道時(shí)使用。
[0065]圖8示出具有熱通道的IPV電池設(shè)計(jì)800，示出了襯底810、熱通道820、Mo830、Cu (InGa) Se2840、CdS850、Zn0860、ZnO:A1870、以及無機(jī)光伏電池880。圖8描繪具有熱通道820的無機(jī)光伏(IPV)電池880的簡(jiǎn)單銅銦鎵硒化合物(CIGS)示例。
[0066]圖9示出復(fù)雜電池設(shè)計(jì)形成過程900，示出了電池910、金屬電極920、半導(dǎo)體有源層930、金屬電極940、襯底層950、以及復(fù)雜電池設(shè)計(jì)960。除了有源層為pn結(jié)之外，金屬電極920和940具有不同的功函。在通過箭頭示出的從電池910形成復(fù)雜電池設(shè)計(jì)960的過程中，電池910垂直傾斜以使得復(fù)雜設(shè)計(jì)960垂直定向。圖9描繪以平面方式制造的典型電池910，其中金屬電極920為上電極，半導(dǎo)體有源層930為有源光伏(PV)層，金屬電極940為下電極，以及襯底層950為襯底。對(duì)于有機(jī)光伏(OPV)電池，電極具有不同的功函。例如，Au, AG Pt為高功函金屬的示例，以及Al, Ca, Mg為低功函金屬的示例。此外,只要保持功函因數(shù)，還可使用合金。對(duì)于無機(jī)光伏(IPV)電池，根據(jù)是否形成肖特基或p-n類型的電池，金屬電極可具有相同的功函。所構(gòu)想的圖9中所示的設(shè)計(jì)在沒有熱通道時(shí)使用。
[0067]圖10示出傾斜的復(fù)雜電池設(shè)計(jì)1000，示出了金屬電極1010、半導(dǎo)體有源層1020、金屬電極1030、襯底層1040、來自頂部的光輸入1050、以及堆疊1060。具體而言，圖10示出了傾斜的堆疊1060，以使得光進(jìn)入并然后通過不同層反射以到達(dá)有源光伏(PV)層1040。所構(gòu)想的圖10中所示的設(shè)計(jì)在沒有熱通道時(shí)使用。
[0068]圖11示出了另一傾斜的復(fù)雜電池設(shè)計(jì)1100，金屬電極110、半導(dǎo)體有源層1120、金屬電極1130、襯底層1140、以及堆疊1150。設(shè)備傾斜以允許最佳光輸入和捕獲。圖11描繪一種設(shè)計(jì)，其中金屬電極1110為上電極，半導(dǎo)體有源層1120為有源光伏(PV)層，金屬電極1130為下電極以及襯底層1140為襯底，并且它們1100、1120、1130和1140都垂直于平面垂直堆疊但以角度φ傾斜，其中角關(guān)系通過有源SC層的折射率和/或光管理來確定。所構(gòu)想的圖11中所示的設(shè)計(jì)在沒有熱通道時(shí)使用。
[0069]圖12示出了又一傾斜的復(fù)雜電池設(shè)計(jì)1200、第一電池頂部?jī)A斜1210、第二電池頂部?jī)A斜1220、以及第三電池頂部?jī)A斜1230。暴露在光下的電池頂部?jī)A斜從而以最佳的方式捕獲光。圖12描繪示例性排列1210、1220和1230，示出了堆疊可以多種不同方式排列。圖12示出了根據(jù)是否使用透鏡系統(tǒng)的在傾斜之前的堆疊。所構(gòu)想的圖12中所示的設(shè)計(jì)在沒有熱通道時(shí)使用。
[0070]圖13示出具有熱通道的復(fù)雜電池設(shè)計(jì)1300，電極1310、第一有機(jī)有源層1320、熱通道1330、隔離件1340、襯底1350、第二有機(jī)有源層1360、以及光伏電池1370。圖13描繪具有多個(gè)有機(jī)光伏(OPV)電池1370和熱通道1330的串接設(shè)計(jì)1300 (由于圖示的原因示出未傾斜)。
[0071]圖14示出具有熱通道的另一復(fù)雜電池設(shè)計(jì)1400，示出了電極1410、有機(jī)有源層1420、熱通道1430、襯底1450、以及光伏電池1460。圖14描繪具有多個(gè)無機(jī)光伏(IPV)電池1460和熱通道1430的串接設(shè)計(jì)1400(由于圖示的原因示出未傾斜)。
[0072]用于制造無機(jī)光伏(IPV)堆疊的串接電池的過程:
[0073]用于制造IPV堆疊的串接電池的過程通常涉及七個(gè)步驟。
[0074]步驟1、基底
[0075]使用基底作為制造過程的基礎(chǔ)。該基底的尺寸通常為從_2到m2的范圍，這取決于所使用的制造沉積技術(shù)的限制。用于基底的材料可以是但不限于玻璃、金屬薄片或塑料薄片。該基底作為最終堆疊電池的結(jié)構(gòu)支承。它也可被剝離以允許最終堆疊電池獨(dú)立。
[0076]步驟2、襯底沉積
[0077]將透明襯底沉積在基底之上。該襯底的尺寸為從mm2到m2的范圍，且該襯底的厚度通常為幾Pm到_的范圍，這取決于所使用的沉積技術(shù)的限制。用于襯底的材料可以是無機(jī)的，諸如但不限于非晶硅玻璃、石英玻璃、經(jīng)摻雜玻璃或金屬氧化物的薄片。無機(jī)襯底的沉積是利用通常使用的用于無機(jī)物的沉積技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的，諸如蒸鍍、濺射和原子層沉積。為了特殊需要，也可向襯底添加功能摻雜劑。例如，可使用反斯托克斯(IR熒光)色素作為襯底中的摻雜劑。這些色素被IR能量激活，并在光敏聚合物層通常吸收的較短波長(zhǎng)下在可見區(qū)域內(nèi)發(fā)光。另選地，UV熒光染料也可用于將UV光轉(zhuǎn)換成可見光或近IR光。可將無機(jī)/有機(jī)顆粒(S12和金屬氧化物納米顆粒)、纖維(金屬氧化物納米纖維和碳納米管)和小片(粘土)用于密封、結(jié)構(gòu)增強(qiáng)或作為阻燃劑。
[0078]步驟3、下接觸沉積
[0079]將下接觸沉積在襯底之上。下接觸的尺寸典型為從幾mm2到m2的范圍，而且該接觸的厚度通常為幾納米到數(shù)百納米的范圍?？赏ㄟ^蒸鍍或?yàn)R射來沉積高功函金屬(諸如但不限于Au、Ag、Co、N1、Pt、Pd或Mo)。半透明層是優(yōu)選的,不過對(duì)于某些體系結(jié)構(gòu)而言它不是必需的。
[0080]步驟4、II1-V半導(dǎo)體光吸收器沉積
[0081]在下接觸之上沉積諸如但不限于CIGS的II1-V半導(dǎo)體光吸收器。吸收器層的尺寸典型為從幾mm2到m2的范圍，而且該層的厚度通常為幾ym到若干μ m的范圍。外延生長(zhǎng)氣相沉積過程是優(yōu)選的，以達(dá)到所得的IPV的高效率。通過改變生長(zhǎng)過程期間的每個(gè)元素的饋料速率來調(diào)諧半導(dǎo)體層的帶隙。
[0082]步驟5、緩沖層沉積
[0083]將諸如但不限于Cds的緩沖層沉積在吸收器層之上。緩沖層的尺寸典型為從mm2到m2的范圍，而且該層的厚度通常為幾nm到數(shù)百nm的范圍。通過化學(xué)浴沉積(CBD)在吸收器層之上生長(zhǎng)緩沖層，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)選的晶格結(jié)構(gòu)，以減少空間電荷區(qū)中的電荷重新結(jié)合。另選地，可通過“濕”法(旋涂、噴涂、浸涂、刀片刮涂、噴墨印刷以及絲網(wǎng)印刷)來沉積CdS前體納米顆粒，隨后進(jìn)行原位燒結(jié)以形成最終的緩沖層。
[0084]步驟6、窗口層沉積
[0085]將諸如但不限于ZnO的窗口層沉積在緩沖層之上。窗口層的尺寸典型為從幾mm2到m2的范圍，而且該層的厚度通常為幾納米到數(shù)百納米的范圍。通過RF濺射進(jìn)行的絕緣的ZnO和導(dǎo)電的Al2O3摻雜的ZnO的雙層生長(zhǎng)是優(yōu)選的，以增強(qiáng)少數(shù)載流子(電子)的有效擴(kuò)散長(zhǎng)度。通過“濕”法(旋涂、噴涂、浸涂、刀片刮涂、噴墨印刷以及絲網(wǎng)印刷)沉積ZnO和Al2O3摻雜的ZnO前體納米顆粒然后進(jìn)行原位燒結(jié)可以是另選方案。
[0086]步驟7、上接觸沉積
[0087]將上接觸沉積在窗口層之上。上接觸的尺寸典型為從幾mm2到m2的范圍，而且該接觸的厚度通常為幾納米到數(shù)百納米的范圍。通過蒸鍍或?yàn)R射沉積低功函金屬(Al、Ca或Mg)或金屬合金。
[0088]步驟8、重復(fù)步驟2-7
[0089]為了制造最終的IPV堆疊的電池，重復(fù)步驟2到7多次以達(dá)到所需的堆疊大小。
[0090]用于制造有機(jī)光伏堆疊的串接電池的過程:
[0091]用于制造有機(jī)PV堆疊的串接電池的過程被設(shè)計(jì)為采用用于制造有機(jī)PV電池的現(xiàn)有技術(shù)。本發(fā)明的整個(gè)制造過程包括如圖15中所示的六個(gè)步驟。
[0092]圖15示出制造過程1500，示出基底1510、通過包括襯底沉積的第一步驟從基底1510形成的第一中間物1520(10 μ m塑料)、通過包括下接觸沉積的第二步驟從第一中間物1520形成的第二中間物1530 (10nm Au)、通過包括載流層沉積的第三步驟從第二中間物1530形成的第三中間物1540 (50nm PEDOT:PSS)、通過包括有源聚合物層沉積的第四步驟從第三中間物形成的第四中間物1550 (有源層A、B、C)、通過包括上接觸沉積的第五步驟從第四中間物1550形成的第五中間物1560(100nm Al)、通過包括襯底沉積的第六步驟形成的第六中間物1570 (10 μ m塑料)、通過包括重復(fù)步驟2-6 (即第二到第六步驟)的第七步驟從第六中間物1570形成的第七中間物1580、以及通過包括添加陽極和陰極連接的步驟從第七中間物1580形成的有機(jī)光伏電池1590。圖15描繪用于制造有機(jī)光伏(OPV)堆疊的串接電池1590的過程。
[0093]圖16示出在圖15的過程中制造的有機(jī)PV堆疊的串接電池1590的側(cè)視圖1600。
[0094]步驟1、基底
[0095]使用基底作為制造過程的基礎(chǔ)。該基底的尺寸通常為幾_2到m2，這取決于在制造過程中使用的沉積技術(shù)的限制。用于基底的材料是但不限于玻璃、金屬薄片或塑料薄片。該基底作為最終堆疊電池的結(jié)構(gòu)支承。另選地，它也可被剝離以允許最終堆疊電池獨(dú)立。
[0096]步驟2、襯底沉積
[0097]將透明襯底沉積在基底之上。該襯底的尺寸典型地為從幾mm2到m2的范圍，且該襯底的厚度通常為幾ym到_的范圍，這取決于所使用的沉積技術(shù)的限制。用于襯底的材料可以是無機(jī)的，諸如但不限于非晶硅玻璃、石英玻璃、經(jīng)摻雜玻璃或金屬氧化物的薄片。無機(jī)襯底的沉積是利用通常使用的用于無機(jī)物的沉積技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的，諸如蒸鍍、濺射和原子層沉積。另選地，有機(jī)材料也可用于該襯底，諸如但不限于乙烯聚合物、聚酯、聚酰亞胺、聚氨酯、聚脲、纖維素以及環(huán)氧樹脂。有機(jī)襯底的沉積是通過通常使用的沉積技術(shù)(諸如旋涂、噴涂、浸涂、刀片刮涂、噴墨印刷、絲網(wǎng)印刷以及蒸鍍)以通常的聚合物來實(shí)現(xiàn)的。
[0098]此外，為了特殊需要，也可向襯底添加功能摻雜劑。
[0099]例如,可使用反斯托克斯(IR熒光)色素作為襯底中的摻雜劑。這些色素被IR能量激活，并在光敏聚合物層通常吸收的較短波長(zhǎng)下在可見區(qū)域內(nèi)發(fā)光。另選地，UV熒光染料也可用于將UV光轉(zhuǎn)換成可見光或近IR光?？蓪o機(jī)/有機(jī)顆粒(S12和金屬氧化物納米顆粒)、纖維(諸如金屬氧化物納米纖維和碳納米管)和小片(粘土)用于密封、結(jié)構(gòu)增強(qiáng)或作為阻燃劑。
[0100]步驟3、下接觸沉積
[0101]將下接觸沉積在襯底之上。下接觸的尺寸典型為從幾mm2到m2的范圍，而且該接觸的厚度通常為幾納米到數(shù)百納米的范圍?？赏ㄟ^蒸鍍、濺射或噴墨印刷金屬納米顆粒然后進(jìn)行退火，來沉積半透明的高功函金屬(諸如但不限于Au，Ag，Co, Ni，Pt，Pd或Mo)、金屬氧化物(諸如ΙΤ0)或有機(jī)導(dǎo)體(諸如但不限于碳納米管、石墨烯、聚合物)。
[0102]步驟4、載流層沉積
[0103]將載流層沉積在下接觸之上。載流層的尺寸典型為從幾mm2到m2的范圍，而且該接觸的厚度通常為幾納米到數(shù)百納米的范圍。對(duì)于常規(guī)的有機(jī)太陽能電池體系結(jié)構(gòu)，沉積電荷載流層(PEDOT:PSS)。對(duì)于倒置的體系結(jié)構(gòu)，沉積電子載流層(氧化鋅納米顆?；蚣{米桿)。載流層的沉積通過諸如旋涂、噴涂、浸涂、刀片刮涂、噴墨印刷、絲網(wǎng)印刷之類的常見聚合物沉積技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。可能需要退火步驟以改善載流子傳導(dǎo)。
[0104]步驟5、有源聚合物層沉積
[0105]將光敏的聚合物層或串接層沉積在載流層之上。載流層的尺寸典型為從幾mm2到Hl2的范圍，而且該接觸的厚度通常為幾納米到數(shù)百納米的范圍。用于有機(jī)光伏堆疊的串接電池的可能的有源成分如下:P3HT/PCBM混合物(光譜覆蓋范圍400-600nm) ,Cu2S量子點(diǎn)/CdS納米桿^00-800nm)以及PbS或PbSe量子點(diǎn)(800_1200nm)，可使用的聚合物是聚噻吩以及具有合適的帶隙、光譜以及輸運(yùn)條件的其它聚合物偶聯(lián)系統(tǒng)，諸如P3HT或P30T。本發(fā)明的設(shè)計(jì)允許使用吸收光譜與太陽光譜的吸收光譜相匹配的任何適當(dāng)?shù)牟牧?。單個(gè)光敏聚合物層的沉積是通過通常使用的聚合物沉積技術(shù)(諸如旋涂、噴涂、浸涂、刀片刮涂、噴墨印刷、絲網(wǎng)印刷)來實(shí)現(xiàn)的。兩個(gè)或更多個(gè)光敏聚合物層的沉積是通過噴墨印刷和絲網(wǎng)印刷來實(shí)現(xiàn)的?？赡苄枰嘶鸩襟E以形成經(jīng)優(yōu)化的體異質(zhì)結(jié)，以獲得改善的太陽能電池效率。
[0106]步驟6、上接觸沉積
[0107]將上接觸沉積在有源層之上。上接觸的尺寸典型為從幾mm2到m2的范圍，而且該接觸的厚度通常為幾納米到數(shù)百納米的范圍。通過蒸鍍或?yàn)R射來沉積低功函金屬(諸如但不限于Al、Ca或Mg)、金屬合金或MgIn合金。對(duì)于反轉(zhuǎn)或倒置的體系結(jié)構(gòu)，可通過蒸鍍、派射或噴墨印刷金屬納米顆粒然后進(jìn)行退火，來沉積高功函金屬(諸如但不限于Au，Ag，Co,Ni，Pt，Pd或Mo)、金屬氧化物或有機(jī)導(dǎo)體(諸如但不限于碳納米管、石墨烯、聚合物)。可能需要退火步驟以形成經(jīng)優(yōu)化的聚合物/接觸界面，以獲得改善的太陽能電池效率。
[0108]步驟7、重復(fù)步驟2-6
[0109]為了制造最終的OPV堆疊的電池(圖16)，重復(fù)步驟2到6多次以達(dá)到所需的堆疊大小。
[0110]效率與入射光的入射角的依賴關(guān)系
[0111]為了使有源層對(duì)光的吸收最大，光必須以特定的最優(yōu)角度(Gci)進(jìn)入該設(shè)備，該特定最優(yōu)角度由相應(yīng)層厚度確定。利用該“捕獲”幾何結(jié)構(gòu)，由于入射光不得不傳播通過有源層的最大路徑長(zhǎng)度，光將被更大程度地吸收。該原理適用于堆疊電池的陣列，其中堆疊電池的定向使得來自太陽的正入射光將實(shí)際上以最優(yōu)角度進(jìn)入堆疊陣列。
[0112]圖17是簡(jiǎn)化的光線圖，示出通過堆疊的光伏電池的光，示出入射光1710、入射角(Θ。)、陰極1720、襯底1730、陽極1740、載流層1750、光敏層1760、鏡面化表面1770、第一堆疊層1780以及第二堆疊層1790。入射光1710可以是太陽光。該圖示出了入射光通過該設(shè)備傳播的路徑。一旦未經(jīng)吸收的光到達(dá)每個(gè)堆疊1780和1790的底部，它就入射在鏡面化的表面上。然后它沿著每個(gè)相應(yīng)的堆疊1780和1790向回反射，以進(jìn)一步被吸收。在其第二次沿著每個(gè)相應(yīng)的堆疊1780和1790通過時(shí)，它再次通過有源層1760多次。該光捕獲過程迫使入射光等效地通過比常規(guī)的平坦面板體系結(jié)構(gòu)下可能具有的光敏層“厚得多”的光敏層傳播。這樣的配置解決了平坦面板固有的光損失。
[0113]為了轉(zhuǎn)換更多的入射光能量，必須如上所述地使用超過一個(gè)光敏層。對(duì)該堆疊的稍微修改允許使用兩個(gè)(如圖18所示的雙層)、三個(gè)(三層)、或甚至四個(gè)(四層)或更多的電池光敏層體系結(jié)構(gòu)。
[0114]圖18是簡(jiǎn)化的光線圖，示出通過堆疊的雙光伏(PV)電池的光，示出入射光1810、角(θ0)、陰極1820、襯底1830、陽極1840、載流層1850、雙光敏層1860、鏡面化表面1870、第一堆疊層1880以及第二堆疊層1890。雙光敏層1060包含第一光敏層、隔離件以及第二光敏層。入射光1810可以是太陽光。圖18示出入射光通過“雙”有源層材料設(shè)備傳播的路徑。一旦未經(jīng)吸收的光到達(dá)每個(gè)堆疊1880和1890的底部，它就入射在鏡面化表面1870上。然后它沿著每個(gè)相應(yīng)的堆疊1880和1890向回反射，以進(jìn)一步被吸收。在其第二次沿著每個(gè)相應(yīng)的堆疊1880和1890通過時(shí)，它再次通過有源層1860多次。
[0115]堆疊接觸
[0116]1.為了堆疊由玻璃或非彈性襯底制成的光伏電池:
[0117]兩個(gè)金屬條可如圖19Α所示那樣沉積。圖19Α示出沉積在具有光伏(PV)設(shè)備的襯底上的金屬條，示出光伏電池1900Α、玻璃1910、金屬條1920、陰極(例如鋁)1930、光敏層1940、陽極(例如銦錫氧化物)1950。金屬條1020連接陰極1930。兩個(gè)金屬條與PV設(shè)備建立并聯(lián)連接。一個(gè)金屬條連接PV設(shè)備的陰極(例如Al)。另一個(gè)金屬條沉積為部分地疊加在陽極(例如ΙΤ0)上。該沉積也在襯底的側(cè)面上進(jìn)行，以擴(kuò)展陰極和陽極。
[0118]然后該襯底如圖19Β所示那樣堆疊。圖19Β示出圖19Α的光伏(PV)電池的堆疊1900Β的側(cè)視圖，示出玻璃1910和金屬條1920。
[0119]為了連接所有玻璃滑塊的電極，可如圖19C所示的方式那樣使用導(dǎo)電帶。圖19C示出施加在如圖19Β所示的暴露金屬條上的導(dǎo)電帶，示出了帶有導(dǎo)電帶的堆疊1900C、玻璃1910、金屬條1920以及導(dǎo)電帶1960。
[0120]導(dǎo)電帶可以是:利用導(dǎo)電環(huán)氧樹脂粘接至堆疊側(cè)面的金屬帶。替代地，可使用在加熱時(shí)得到均勻?qū)拥膶?dǎo)電納米顆粒油墨或金屬膏。
[0121]2.為了堆疊由彈性襯底制成的PV電池:
[0122]沉積兩個(gè)金屬條。一個(gè)條連接像素設(shè)備的陰極。另一個(gè)條被沉積為部分地覆蓋陽極(圖19D)。圖19D示出沉積在具有光伏(PV)設(shè)備的彈性襯底1915上的金屬條1920，示出光伏電池1900D、彈性襯底1915、金屬條1920、陰極1930、光敏層1940以及陽極1950。彈性襯底在側(cè)面彎曲，而不損傷金屬條(圖19Ε)。
[0123]圖19Ε示出彈性襯底1915彎曲而不損傷連接，示出彎曲的光伏電池1900Ε、彈性襯底1915、金屬條1920、陰極1930、光敏層1940以及陽極1950。
[0124]當(dāng)這樣的襯底被彼此堆疊時(shí)，它將獲得如圖19F所示的結(jié)構(gòu)。圖19F示出如圖19Ε所示的光伏(PV)設(shè)備的堆疊，示出堆疊1900F、彈性襯底1915、金屬條1920、陰極1930、光敏層1940以及陽極1950。連接每個(gè)襯底上的像素設(shè)備的陰極和陽極的金屬條中的每一個(gè)的一部分暴露。
[0125]導(dǎo)電帶(之前已提及)用于連接金屬條的暴露部分，如圖19G所示。圖19G示出施加在圖19F中所示的暴露金屬條1920上的導(dǎo)電帶1960，示出具有導(dǎo)電帶的堆疊1900G、彈性襯底1915、金屬條1920、陰極1930、光敏層1940以及陽極1950。
[0126]熱太陽能電池
[0127]本申請(qǐng)中描述的設(shè)備還解決了光伏設(shè)備的眾所周知的致命問題，即電池組件由于暴露在陽光下所導(dǎo)致的溫度升高引起的熱降級(jí)。隨著時(shí)間流逝，熱降級(jí)會(huì)成為影響電池壽命的大問題。本發(fā)明通過在基礎(chǔ)襯底上設(shè)置熱流體入口(如圖2B、3、6、8、13和14所示)，該熱流體入口收集并耗散來自其它電池組件的熱，解決了該問題。這也可利用集中器體系結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，其中光被引導(dǎo)進(jìn)入電池中，該電池包含用于吸收從而減少熱能產(chǎn)生的熱流體通道(使用諸如水之類的透明流體)。光集中可通過使用菲涅耳透鏡、拋物面反射鏡或此類結(jié)構(gòu)的衍生物(如圖2B和3所示)來實(shí)現(xiàn)。接觸可串行或并行地進(jìn)行，而且接觸的示例如圖19E、19F以及19G所示。
【權(quán)利要求】
1.一種適于接收入射光的光伏設(shè)備，包括: 多個(gè)光伏電池， 其中每個(gè)電池包括: 第一導(dǎo)電層；以及 毗鄰第一導(dǎo)電層的光敏層； 毗鄰光敏層的第二導(dǎo)電層；以及 其中多個(gè)光伏電池基本垂直地堆疊，其中垂直是入射光的方向。
2.如權(quán)利要求1所述的光伏設(shè)備，其特征在于，所述第一和第二導(dǎo)電層中的一個(gè)或多個(gè)包括從透明和半透明材料中選擇的材料。
3.如權(quán)利要求1所述的光伏設(shè)備，其特征在于，所述光敏層包括薄膜。
4.如權(quán)利要求1所述的光伏設(shè)備，其特征在于，所述光敏層包括有機(jī)材料。
5.如權(quán)利要求1所述的光伏設(shè)備，其特征在于，所述光敏層包括無機(jī)材料。
6.如權(quán)利要求1所述的光伏設(shè)備，其特征在于，還包括毗鄰第一和第二導(dǎo)電層中的一個(gè)層的襯底層。
7.如權(quán)利要求3所述的光伏設(shè)備，其特征在于，所述襯底層包括穿過其中的通道。
8.如權(quán)利要求1所述的光伏設(shè)備，其特征在于，每個(gè)光伏電池包括第一和第二末端，第一末端離入射光更近，而且其中所述光伏設(shè)備包括毗鄰第二末端延伸的反射性表面。
9.如權(quán)利要求1所述的光伏設(shè)備，其特征在于，每個(gè)光伏電池包括第一和第二末端，第一末端離入射光更近，而且其中所述光伏設(shè)備包括設(shè)置在入射光與第一末端之間的透鏡系統(tǒng)。
10.如權(quán)利要求1所述的光伏設(shè)備，其特征在于，多個(gè)光伏電池從由入射光限定的垂直軸傾斜。
11.一種適于接收入射光的光伏設(shè)備，包括: 多個(gè)光伏電池，每個(gè)光伏電池包括第一末端和第二末端，第一末端離入射光更近， 其中每個(gè)電池包括: 第一導(dǎo)電層； 毗鄰第一導(dǎo)電層的光敏層； 毗鄰光敏層的第二導(dǎo)電層；以及 毗鄰第一和第二導(dǎo)電層中的一個(gè)導(dǎo)電層的襯底，其中所述襯底包括 穿過其中的通道；以及 其中所述多個(gè)光伏電池基本垂直地堆疊，其中垂直是入射光的方向，而且其中所述多個(gè)光伏電池從由入射光限定的垂直軸傾斜； 毗鄰第二末端的反射性表面；以及 設(shè)置在入射光與第一末端之間的透鏡系統(tǒng)。
12.一種用于制造適于接收入射光的光伏設(shè)備的方法，包括: 形成基本平坦平板配置的第一光伏電池； 形成基本平坦平板配置的第二光伏電池； 堆疊第一和第二光伏電池；以及 將所述光伏電池中的每一個(gè)重新定向?yàn)榛敬怪?，其中垂直是入射光的方向?br> 13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，形成第一光伏電池包括: 提供第一導(dǎo)電層； 毗鄰第一導(dǎo)電層層疊第一光敏層；以及 毗鄰第二光敏層層疊第二導(dǎo)電層。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，形成第一光伏電池還包括:提供毗鄰第一和第二導(dǎo)電層中的一個(gè)層的第一襯底。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，形成第一光伏電池還包括:形成穿過第一襯底的通道。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，形成第二光伏電池包括: 提供第三導(dǎo)電層； 毗鄰第三導(dǎo)電層層疊第二光敏層；以及 毗鄰第二光敏層層疊第四導(dǎo)電層。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，形成第二光伏電池還包括:提供毗鄰第三和第四導(dǎo)電層中的一個(gè)層的第二襯底。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，形成第一光伏電池還包括:形成穿過第二襯底的通道。
19.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，將所述光伏電池中的每一個(gè)重新定向?yàn)榛敬怪卑?使所述光伏電池從由入射光限定的垂直軸傾斜。
20.如權(quán)利要求12所述的方法,其特征在于,每個(gè)光伏電池包括第一和第二末端,第一末端離入射光更近，而且其中所述方法包括提供毗鄰第一末端延伸的反射性表面。
21.如權(quán)利要求12所述的方法,其特征在于,每個(gè)光伏電池包括第一和第二末端,第一末端離入射光更近，而且其中所述方法包括提供設(shè)置在入射光與第二末端之間的透鏡系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】H01L31/00GK104185903SQ201080071272
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日:2009年12月21日
【發(fā)明者】S·柯倫, S·迪亞斯, 廖康庠, S·D·亞穆班, A·哈達(dá)爾, N·艾雷 申請(qǐng)人:休斯敦大學(xué)