專利名稱：具有反射鏡和光學(xué)包覆層的柱體結(jié)構(gòu)光伏設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
背景技術(shù)：
光伏設(shè)備，也稱為太陽能電池，是通過光伏效應(yīng)使太陽光的能量直接轉(zhuǎn)換成電能的一種固態(tài)設(shè)備。集合的太陽能電池用來制造太陽能電池組件，亦稱太陽能電池板。這些太陽能組件產(chǎn)生能量，即太陽能發(fā)電，是太陽能的一個(gè)例子。光伏效應(yīng)是在光線照射后的一種材料中產(chǎn)生電壓(或相應(yīng)的電流)。雖然光伏效應(yīng)和光電效應(yīng)直接相關(guān)，這兩個(gè)過程是不同的并且應(yīng)加以區(qū)別。在光電效應(yīng)中，電子從接觸足夠能量的材料的表面被輻射彈出。光伏效應(yīng)是不同的，其生成的電子在材料內(nèi)部不同能量帶(即從價(jià)帶到導(dǎo)帶)之間傳遞，致使在兩個(gè)電極之間產(chǎn)生電壓。光伏發(fā)電是一種通過使用太陽能電池把太陽能轉(zhuǎn)化為電能來產(chǎn)生電力的方法。光伏效應(yīng)是指光子一分組的太陽能將電子激發(fā)到一個(gè)更高的能量狀態(tài)來發(fā)電。在較高的能量狀態(tài)，電子能夠擺脫其被半導(dǎo)體的單個(gè)原子束縛的正常的位置，成為電路中的電流的一部分。這些光子包含不同的能量數(shù)額，對應(yīng)太陽光譜中的不同波長。當(dāng)光子撞擊一個(gè)PV太陽能電池時(shí)，它們可能會(huì)被反射或吸收，或者可能會(huì)直接通過。被吸收的光子可以產(chǎn)生電力。術(shù)語光伏表不一個(gè)光電二極管的不加偏壓的操作模式，即通過該設(shè)備的電流完全是由于光能。幾乎所有的光伏設(shè)備都是某種類型的光電二極管。傳統(tǒng)的太陽能電池往往在接收光的表面上有不透明電極。任何入射此類不透明電極的入射光被反射離開該太陽能電池或者被不透明電極吸收，從而不利于發(fā)電。因此，一個(gè)沒有這個(gè)缺點(diǎn)的光伏設(shè)備是被需求的。

發(fā)明內(nèi)容
此處所描述的一個(gè)具有將光能轉(zhuǎn)化為電能的操作性的光伏設(shè)備，包括一個(gè)基板，復(fù)數(shù)個(gè)基本垂直于基板的結(jié)構(gòu)，位于結(jié)構(gòu)之間的一個(gè)或多個(gè)凹槽，每個(gè)凹槽具有一個(gè)側(cè)壁和一個(gè)底壁，和位于每個(gè)凹槽底壁上的一個(gè)平面反射層，其中該結(jié)構(gòu)是一種單晶半導(dǎo)體材料，其中每個(gè)凹槽側(cè)壁沒有平面反射層。不同于傳統(tǒng)的太陽能電池，入射到平面反射層的入射光沒有被浪費(fèi)，而是被反射到結(jié)構(gòu)上被吸收并轉(zhuǎn)換為電能。這種光伏設(shè)備也可以用來作為光電探測器。


圖1A是根據(jù)一個(gè)光伏設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的截面原理圖。圖1B是圖1A的光伏設(shè)備根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的制造過程。圖2A是根據(jù)一個(gè)光伏設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的截面原理圖。圖2B是圖2A的光伏設(shè)備根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的制造過程。圖3A是根據(jù)一個(gè)光伏設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的截面原理圖。圖3B是圖3A的光伏設(shè)備根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的制造過程。圖4A顯示根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的打印涂布抗蝕劑層的方法。圖4B顯示根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的打印涂布抗蝕劑層的方法。圖5顯示了光線集中在光伏發(fā)電設(shè)備的結(jié)構(gòu)上的示意圖。圖6顯示了該光伏設(shè)備的一個(gè)示例俯視橫截面視圖。圖7顯示了該光伏設(shè)備的一個(gè)示例透視圖。圖8A-8C顯示了分別從圖1A，圖2A和圖3A的光伏設(shè)備引出電流的原理圖。圖9顯示了一個(gè)光伏設(shè)備的替代的條紋狀結(jié)構(gòu)。圖10顯示了一個(gè)光伏設(shè)備的替代的網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式此處所描述的一個(gè)具有將光能轉(zhuǎn)化為電能的操作性的光伏設(shè)備，包括一個(gè)基板，復(fù)數(shù)個(gè)基本垂直于該基板的結(jié)構(gòu)，位于該結(jié)構(gòu)之間的一個(gè)或多個(gè)凹槽，每個(gè)凹槽具有一個(gè)側(cè)壁和一個(gè)底壁，和位于每個(gè)凹槽底壁上的一個(gè)平面反射層，其中該結(jié)構(gòu)包含一種單晶半導(dǎo)體材料，其中每個(gè)凹槽側(cè)壁沒有平面反射層。此處所用的術(shù)語“光伏設(shè)備”是指可以將例如太陽輻射的光能轉(zhuǎn)化成電能的產(chǎn)生電力的設(shè)備。此處所用的術(shù)語結(jié)構(gòu)是單晶是指整個(gè)結(jié)構(gòu)的晶格在整個(gè)結(jié)構(gòu)內(nèi)是連續(xù)和完整的，其中無晶界。一種導(dǎo)電材料可以是基本上零帶隙的材料。導(dǎo)電材料的導(dǎo)電性一般是大于IO3S/厘米以上。半導(dǎo)體可以是具有有限帶隙高達(dá)約3eV和導(dǎo)電性一般在IO3到IO-8S/厘米的范圍內(nèi)的材料。電絕緣材料可以是一個(gè)帶隙大于約3eV并且一般具有導(dǎo)電性低于10_8S/厘米的材料。此處所用的術(shù)語“基本垂直于基板的結(jié)構(gòu)”是指結(jié)構(gòu)和基板之間的角度從85°到90°。此處所用的術(shù)語“凹槽”是指在基板上的一個(gè)中空的空間，其對基板外部的空間是開放的。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，單晶的半導(dǎo)體材料是從包含硅，鍺，II1-V族化合物材料，I1-VI族化合物材料，與四元材料的一組中所選。此處所用的II1- V族化合物材料是指包含一種III族元素和一種V族元素的化合物。一種III族元素可以是B，Al, Ga, In, Tl, Sc, Y,鑭系元素系列和錒系元素系列。V族元素可以是V, Nb, Ta, Db, N, P, As, Sb和Bi。此處所用的I1-VI族的化合物材料是指包含一種II族元素和一種VI族元素組成的化合物。一種II族元素可以是 Be, Mg, Ca, Sr, Ba 和 Ra。一種 VI 元素可以是 Cr, Mo, V, Sg, O, S，Se, Te 和 Po。一種四元材料是一種由四種元素組成的化合物。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該結(jié)構(gòu)是圓柱體或棱柱形，其截面是從包含橢圓形，圓形，長方形和多邊形截面，條狀，或網(wǎng)狀的一組中所選。此處使用的術(shù)語“網(wǎng)狀”是指一個(gè)網(wǎng)絡(luò)狀圖案或者構(gòu)成。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該結(jié)構(gòu)是柱體，其直徑從50納米至5000納米，其高度從1000納米至20000納米，兩個(gè)最接近柱體的中心到中心的距離是在300納米至15000納米之間。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該結(jié)構(gòu)沿結(jié)構(gòu)的一個(gè)頂部表面的整個(gè)輪廓具有一個(gè)懸垂部分。此處使用的術(shù)語“懸垂部分”是指該結(jié)構(gòu)的一部分突出于凹槽的側(cè)壁。此處使用的術(shù)語“結(jié)構(gòu)的一個(gè)頂部表面的整個(gè)輪廓”是指該結(jié)構(gòu)的頂部表面的邊緣。該結(jié)構(gòu)的頂部表面可以被凹槽打斷。頂部表面的邊緣是結(jié)構(gòu)和凹槽的頂部表面之間的邊界。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，每個(gè)凹槽側(cè)壁和底壁之間是圓形或斜面的內(nèi)角。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該平面反射層的材料是從包含ZnO，Al, Au, Pd, Cr, Cu, Ti和它們的組合的一組中選擇；該平面反射層是一種導(dǎo)電材料；該平面反射層是一種金屬；該平面反射層對任何波長可見光(即，從390至750納米波長的光)有至少50%的反射率(S卩，入射的電磁能量被反射的比例)；該平面反射層的厚度至少為5納米；所有凹槽的平面反射層相連；該平面反射層功能性地將其上的入射光反射給該結(jié)構(gòu)使得光被該結(jié)構(gòu)吸收；和/或平面反射層功能性地作為光伏設(shè)備的電極。此處使用的術(shù)語“電極”是指用來和光伏設(shè)備建立電接觸的導(dǎo)體。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該基板于該結(jié)構(gòu)反面有一個(gè)平坦表面。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該平坦表面上有一個(gè)摻雜層和一個(gè)可選的金屬層，該金屬層和摻雜層形成歐姆接觸。歐姆接觸是具有一個(gè)線性和對稱的電流-電壓(1-V)曲線的一個(gè)區(qū)域。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該平面反射層的總面積至少是該平坦表面的表面面積的40%。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該基板厚度至少是50微米。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該結(jié)構(gòu)是排列成陣列的柱體；每個(gè)結(jié)構(gòu)高度約為5微米，該結(jié)構(gòu)的間距是從300納米到15微米。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該光伏設(shè)備進(jìn)一步包括一個(gè)鈍化層，一個(gè)連續(xù)包覆層和一個(gè)可選的耦合層，其中:該鈍化層處于側(cè)壁上和底壁的平面反射層下面；該結(jié)構(gòu)的頂部表面沒有鈍化層；該鈍化層有效的鈍化側(cè)壁和底壁；該連續(xù)包覆層位于鈍化層和平面反射層上所有外露部分，以及結(jié)構(gòu)頂部表面上；該耦合層位于包覆層上并且僅位于頂部表面以上；和/或該每個(gè)結(jié)構(gòu)的頂部部分和底部部分具有不同的導(dǎo)電類型。此處使用的術(shù)語“鈍化過程”和“鈍化”是指消除懸鍵(即固定原子的非飽和化合價(jià))的過程。此處使用的術(shù)語“包覆層”是指該結(jié)構(gòu)周圍包覆的物質(zhì)層。此處使用的術(shù)語“連續(xù)”是指沒有縫隙，洞，或間斷。此處使用的術(shù)語“耦合層”是指有效弓I導(dǎo)光進(jìn)入結(jié)構(gòu)的一層。根據(jù)該實(shí)施例的一個(gè)實(shí)施例，該結(jié)構(gòu)有以下的摻雜分布之一:(一)該底部部分是本征的并且頂部部分是P型；(二)該底部部分是η型并且頂部部分是P類型；(三)該底部部分是本征的并且頂部部分是η型；(四)該底部部分P型并且頂部部分是η型。根據(jù)該實(shí)施例的一個(gè)實(shí)施例，該頂部部分高度為I微米至20微米；該鈍化層厚度從I納米至100納米；該鈍化層是從包含如下組成中所選的一種電絕緣材料:HfO2，SiO2, Si3N4, Al2O3,有機(jī)分子單層；該包覆層是對可見光基本透明，其至少有50%的透光率；該包覆層是一種導(dǎo)電材料制成；該包覆層是透明導(dǎo)電氧化物；該包覆層是從包含如下組成中所選的一種材料:氧化銦錫，鋁摻雜氧化鋅，氧化鋅銦，鋅錫氧化物；該包覆層厚度從50納米到5000納米；該包覆層和頂部部分形成歐姆接觸；該包覆層與平面反射層形成歐姆接觸；該包覆層功能性地作為光伏設(shè)備電極；該摻雜層有和頂部部分相反的導(dǎo)電類型；該摻雜層和底部部分電連接；該摻雜層、底部部分和頂部部分形成一個(gè)P-n或p-1-n結(jié)；該包覆層厚度約175納米；該耦合層是和包覆層的材料相同或和包覆層的材料不同；和/或該結(jié)構(gòu)折射率!^，該包覆層折射率n2，該耦合層折射率n3，該結(jié)構(gòu)之間空間的折射率n4,滿足η *和η *的關(guān)系。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該光伏設(shè)備還包括:一個(gè)交界層，一個(gè)連續(xù)包覆層和一個(gè)可選的耦合層，其中:該交界層是一個(gè)摻雜半導(dǎo)體；該交界層在側(cè)壁上、底壁的平面反射層下面和該結(jié)構(gòu)的一個(gè)頂端表面上；該交界層有效的鈍化側(cè)壁和底壁；該連續(xù)包覆層位于該交界層、該平面反射層和該頂端表面所有的外露部分；和/或該耦合層位于包覆層上面并且只在頂端表面上。根據(jù)該實(shí)施例的一個(gè)實(shí)施例，該結(jié)構(gòu)是摻雜半導(dǎo)體，該結(jié)構(gòu)和交界層有相反的導(dǎo)電類型；或該結(jié)構(gòu)是本征半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體，也稱為非摻雜半導(dǎo)體或I型半導(dǎo)體，是一個(gè)沒有任何顯著摻雜物的非常純的半導(dǎo)體。因此，電荷載體的數(shù)量是由材料本身而不是雜質(zhì)數(shù)量來決定。在本征半導(dǎo)體中，激發(fā)的電子和空穴的數(shù)量大致相等。本征半導(dǎo)體不大幅屏蔽外電場，因?yàn)楸菊靼雽?dǎo)體沒有摻雜劑提供的移動(dòng)電子或空穴。因此，可以更有效地消除和/或收集在本征半導(dǎo)體中通過光子所產(chǎn)生的電子和/或空穴。根據(jù)該實(shí)施例的一個(gè)實(shí)施例，該交界層的厚度從5納米至100納米；該包覆層是對可見光基本透明，其至少有50%的透光率；該包覆層是一種導(dǎo)電材料制成；該包覆層是一種透明導(dǎo)電氧化物；該包覆層是從包含如下組成中所選的一種材料:氧化銦錫，鋁摻雜氧化鋅，氧化鋅銦，鋅錫氧化物；該包覆層厚度從50納米到5000納米；該包覆層和頂部部分形成歐姆接觸；該包覆層與平面反射層形成歐姆接觸；該包覆層功能性地作為光伏設(shè)備電極；該摻雜層有和交界層相反的導(dǎo)電類型； 該摻雜層和每個(gè)結(jié)構(gòu)電連接；該摻雜層、結(jié)構(gòu)和交界層形成一個(gè)P-n或p-1-n結(jié)；該包覆層厚度約175納米；該耦合層是和包覆層的材料相同或和包覆層的材料不同；和/或該結(jié)構(gòu)折射率Ii1、該包覆層折射率n2、該耦合層折射率n3、該結(jié)構(gòu)之間空間的折射率n4滿足和的關(guān)系。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，光伏設(shè)備還包括一個(gè)交界層，一個(gè)連續(xù)包覆層和一個(gè)可選的耦合層，其中:該交界層是一摻雜半導(dǎo)體；該交界層處于側(cè)壁上、底壁的平面反射層下面和該結(jié)構(gòu)的頂端表面；該交界層有效的鈍化側(cè)壁和底壁；該連續(xù)包覆層位于交界層、平面反射層和頂端表面上所有外露部分；該耦合層位于包覆層上并且僅位于頂部表面以上；和/或該結(jié)構(gòu)的頂部部分和底部部分具有不同的導(dǎo)電類型。根據(jù)該實(shí)施例的一個(gè)實(shí)施例，該頂部部分和交界層具有相同的導(dǎo)電類型；該結(jié)構(gòu)有以下的摻雜分布之一:(一)底部部分是本征的并且頂部部分是P型；(二)底部部分是η型并且頂部部分是P型；(三)底部部分是本征的并且頂部部分是η型；(四)底部部分是P型并且頂部部分是η型。根據(jù)該實(shí)施例的一個(gè)實(shí)施例，該交界層的厚度從5納米至100納米；該包覆層是對可見光基本透明，其至少有50%的透光率；該包覆層是一種導(dǎo)電材料制成；該包覆層是透明導(dǎo)電氧化物；該包覆層是從包含如下組成中所選的一種材料:氧化銦錫，鋁摻雜氧化鋅，氧化鋅銦，鋅錫氧化物；該包覆層厚度從50納米到5000納米；該包覆層和頂部部分形成歐姆接觸；該包覆層與平面反射層形成歐姆接觸；該包覆層功能性地作為光伏設(shè)備的電極；該摻雜層有和交界層相反的導(dǎo)電類型；該摻雜層和每個(gè)結(jié)構(gòu)底部部分電連接；該摻雜層、底部部分、頂部部分和交界層形成一個(gè)p-n或p-1-n結(jié)；該包覆層厚度約175納米；該|禹合層是和包覆層的材料相同或和包覆層的材料不同；和/或該結(jié)構(gòu)折射率Il1、該包覆層折射率n2、該稱合層折射率n3、該結(jié)構(gòu)之間空間的折射率n4滿足和的關(guān)系。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，制造光伏設(shè)備的方法包括:使用半導(dǎo)體平板印刷技術(shù)在抗蝕劑層產(chǎn)生開口圖案；通過蝕刻基板形成結(jié)構(gòu)和凹槽；沉積平面反射層并且使得每個(gè)凹槽側(cè)壁沒有平面反射層。此處使用的抗蝕劑層是指一薄層，其用于轉(zhuǎn)移圖案到抗蝕劑層沉積的基板上?？刮g劑層可以通過半導(dǎo)體平板印刷形成(亞)微米級的臨時(shí)的掩膜圖案，在后續(xù)處理步驟中以保護(hù)底層基板的選定地區(qū)?？刮g劑通常是給某個(gè)半導(dǎo)體平板印刷專門配方的聚合物或它的前體和其它小分子(如產(chǎn)生光酸的化學(xué)品)的專有混合物。光刻使用中的抗蝕劑被稱為光致抗蝕劑。電子束光刻過程中使用的抗蝕劑被稱為電子束抗蝕劑。半導(dǎo)體平板印刷技術(shù)可以是光刻，電子束光刻，全息光刻技術(shù)。光刻是在微細(xì)加工中使用的過程，可以有選擇地刪除一部分的薄膜或大部分基板。它利用光從光掩膜轉(zhuǎn)移幾何圖案到基板上的感光化學(xué)抗蝕劑或簡單的“抗蝕劑”。然后一系列化學(xué)處理將曝光圖案刻到光致抗蝕劑下方的材料中。在復(fù)雜的集成電路中，例如一個(gè)現(xiàn)代化的CMOS，晶圓將最多50次通過光刻過程。電子束光刻是用一個(gè)電子束以圖案模式掃描一個(gè)薄膜(稱為抗蝕劑)覆蓋的表面，(“暴光”該抗蝕劑)和選擇性地去除抗蝕劑已暴光或者非暴光區(qū)域(“顯影”)。光刻的目的是在抗蝕劑中建立非常小的結(jié)構(gòu)，其在隨后可以通常通過蝕刻轉(zhuǎn)移到基板材料。該法被開發(fā)用于集成電路制造，也用于建立納米技術(shù)構(gòu)件。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，制造光伏設(shè)備的方法進(jìn)一步包括:在基板上涂布抗蝕劑層；顯影(即選擇性地去除抗蝕劑外露或非外露區(qū)域)該抗蝕劑層的圖案；沉積一個(gè)掩膜層；和剝離抗蝕劑層。此處使用的一個(gè)掩膜層是指保護(hù)基板的底層部分不被蝕刻的一個(gè)層。據(jù)一個(gè)實(shí)施例，制造光伏設(shè)備的方法，進(jìn)一步包括離子注入或沉積摻雜劑層。一個(gè)摻雜劑，也稱為摻雜試劑，是(在非常低濃度)加入到一種物質(zhì)中的一種微量雜質(zhì)元素，以改變該物質(zhì)的電性能或光學(xué)特性。離子注入過程是指一個(gè)材料的離子可以被注入到另一個(gè)固體中，從而改變了該固體的物理性質(zhì)。離子注入是用在半導(dǎo)體設(shè)備制造和金屬加工，以及材料科學(xué)研究的各種應(yīng)用中。離子可以導(dǎo)致目標(biāo)物的化學(xué)變化，因?yàn)樗鼈兛梢允呛湍繕?biāo)物不同的元素或者誘發(fā)核嬗變，以及導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性變化，即目標(biāo)物的晶體結(jié)構(gòu)可以被能量碰撞傳遞損壞或甚至破壞。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該結(jié)構(gòu)和凹槽是由深蝕刻和后繼的各向同性蝕刻形成。深蝕刻是高度各向異性的過程，其用于在晶圓中創(chuàng)建深而且陡峭的孔和通常長寬比20:1或更多的壕溝。一種示例深蝕刻是Bosch過程。Bosch過程，也稱為脈沖或時(shí)間復(fù)用蝕刻，在兩種模式之間反復(fù)交替來實(shí)現(xiàn)近乎垂直的結(jié)構(gòu):1，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的近各向同性等離子體刻蝕，其中等離子體中含有從近乎垂直的方向攻擊晶圓(對于硅，通常使用六氟化硫(SF6))的一些離子；2，沉積化學(xué)惰性鈍化層(例如，C4F8氣體源產(chǎn)生類似聚四氟乙烯的物質(zhì))。每個(gè)階段持續(xù)幾秒鐘。鈍化層使得整個(gè)基板被保護(hù)免受進(jìn)一步的化學(xué)攻擊，并防止進(jìn)一步的蝕刻。然而，在蝕刻階段，轟擊基板的定向離子攻擊在溝槽底部(但不沿側(cè)面)的鈍化層。他們碰撞和使其濺射，使得基板外露給化學(xué)蝕刻劑。這些蝕刻/沉積步驟重復(fù)多次，造成大量非常小的各向同性蝕刻步驟只發(fā)生在蝕刻坑底部的地方。舉例而言，要蝕刻穿過0.5毫米的硅晶圓，需要100-1000個(gè)蝕刻/沉積步驟。兩階段的過程會(huì)導(dǎo)致側(cè)壁波動(dòng)幅度約100-500納米。周期時(shí)間可以調(diào)整，短周期產(chǎn)生平滑的墻壁，和長周期產(chǎn)生較高的蝕刻率。各向同性蝕刻通過化學(xué)過程使用蝕刻劑物質(zhì)非定向去除基板的材料。蝕刻劑可能是有腐蝕性的液體或被稱為等離子體的化學(xué)活性電離氣體。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，制造光伏設(shè)備的方法還包括:使用打印涂覆方法放置抗蝕劑層，該打印涂覆方法包括:將抗蝕劑層涂布到一個(gè)彈性材料輥軸；使輥軸在該表面滾動(dòng)來轉(zhuǎn)移抗蝕劑層到基板表面上，其中表面是持平的或有紋理的。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該輥軸是聚二甲
基娃氧燒。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，制造光伏設(shè)備的方法還包括:使用打印涂覆方法放置抗蝕劑層，該打印涂覆方法包括:將抗蝕劑層涂布到一個(gè)彈性材料印章上；使印章蓋在該表面來轉(zhuǎn)移抗蝕劑層到基板表面上，其中表面是持平的或有紋理的。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該印章是聚二甲
基娃氧燒。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種將光轉(zhuǎn)換為電能的方法包括:對光伏設(shè)備光照；從光伏設(shè)備引出電流。電流可以從平面反射層得出。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一個(gè)包括該光伏設(shè)備的光電檢測器，其中該光電探測器在光照下可以功能輸出電信號。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一個(gè)探測光的方法，包括對光伏設(shè)備光照，測量從光伏設(shè)備輸出的電信號。該電信號可以是電流，電壓，電導(dǎo)和/或電阻。一個(gè)偏置電壓加在光伏設(shè)備的結(jié)構(gòu)上。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，光伏設(shè)備從太陽光線產(chǎn)生直流電，可用于給設(shè)備供電或電池充電。光伏效應(yīng)的一個(gè)實(shí)際應(yīng)用是給軌道衛(wèi)星和其它航天器供電，但今天大多數(shù)光伏組件使用于電網(wǎng)連接的發(fā)電。在這種情況下，需要一個(gè)交直流轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電。離網(wǎng)供電給遠(yuǎn)程住所，快艇，休閑車，電動(dòng)車，路邊的緊急電話，遙感，管道陰極保護(hù)電源有一個(gè)較小的市場。在大多數(shù)光伏應(yīng)用中輻射是陽光，基于這個(gè)原因，該類設(shè)備被稱為太陽能電池。在p-n結(jié)太陽能電池中，對材料的照明導(dǎo)致激發(fā)的電子和剩余的空穴在耗盡區(qū)域的內(nèi)置電場中沿不同方向流動(dòng)而產(chǎn)生電流。太陽能電池往往是電連接并作為一個(gè)模組封裝。光伏模組通常在前面(陽光)側(cè)有一層玻璃，使光線可以通過，同時(shí)保護(hù)半導(dǎo)體晶圓不受一些元素(雨，冰雹等)的影響。太陽能電池通常也串接成模組，創(chuàng)建額外電壓。并行連接的太陽能電池會(huì)產(chǎn)生較高的電流。模組之間是串聯(lián)或并聯(lián)或兩者兼而有之的方式相互關(guān)聯(lián)的，來創(chuàng)建一個(gè)具有期望的直流電壓和電流峰值的陣列。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例,光伏設(shè)備可以與建筑物連接:或集成到建筑物中，或安裝在建筑物上或安裝在附近的地面上。光伏設(shè)備可后期加裝到現(xiàn)有的建筑物中，通常是加在現(xiàn)有的屋頂結(jié)構(gòu)的頂部或現(xiàn)有的墻壁上安裝。另外，光伏設(shè)備可以與建筑物分開，但通過電纜連接給建筑物供電。光伏設(shè)備可以用來作為主要或輔助電源。光伏設(shè)備可以被納入建筑物的屋頂或墻壁。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，光伏設(shè)備還可以被用于空間應(yīng)用，如衛(wèi)星，宇宙飛船，空間站等。光伏設(shè)備可作為地面車輛、船舶(船)和火車使用的主要或輔助動(dòng)力源。其它應(yīng)用包括路牌，監(jiān)控?cái)z像機(jī)，泊車表，個(gè)人移動(dòng)電子產(chǎn)品(如手機(jī)，智能手機(jī)，筆記本電腦，個(gè)人媒體播放器)。具體實(shí)施例圖1A顯不根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的光伏設(shè)備100的截面原理圖。該光伏設(shè)備100包括一個(gè)基板105，復(fù)數(shù)個(gè)基本上垂直于基板105的結(jié)構(gòu)120，和結(jié)構(gòu)120之間的一個(gè)或多個(gè)凹槽130。每個(gè)凹槽130有一個(gè)側(cè)壁130a和底壁130b。側(cè)壁130a和底壁130b都有鈍化層131。結(jié)構(gòu)120的一個(gè)頂部表面120a沒有鈍化層131。底壁130b具有位于在鈍化層131上的平面反射層132。側(cè)壁130a沒有任何平面反射層。每個(gè)結(jié)構(gòu)120具有一個(gè)頂部部分121和一個(gè)底部部分122，該頂部部分121和該底部部分122有不同的導(dǎo)電類型。此處使用的術(shù)語“不同的導(dǎo)電類型”是指該頂部部分121和該底部部分122不能是兩個(gè)P型或兩個(gè)η型。結(jié)構(gòu)120可以有以下四種摻雜分布(B卩，摻雜量分布):(一)該底部部分122是本征的并且頂部部分121是P型；(二)該底部部分122是η型并且頂部部分121是ρ類型；(三)該底部部分122是本征的并且頂部部分121是η型；(四)該底部部分122是ρ型并且頂部部分121是η型。該頂部部分121可以有沿頂部表面120a到底部部分122方向摻雜水平降低的一個(gè)摻雜分布。結(jié)構(gòu)120是一單晶半導(dǎo)體材料。一個(gè)連續(xù)包覆層140位于鈍化層131和平面反射層132全部露出的部分,和頂部表面120a上。光伏設(shè)備100可以進(jìn)一步包括一個(gè)位于包覆層140上和頂部表面120a正上的耦合層160。結(jié)構(gòu)120可以包括任何合適的單晶半導(dǎo)體材料，如娃，鍺，II1-V族化合物材料(如砷化鎵，氮化鎵等)，I1-VI族化合物材料(如硒化鎘，鎘硫化物，碲化鎘，氧化鋅，硒化鋅等)，四元材料(如銅銦鎵硒)。結(jié)構(gòu)120可以有任意截面形狀。例如，結(jié)構(gòu)120可以是截面為橢圓形，圓形，矩形，多邊形的圓柱體或者棱柱形。結(jié)構(gòu)120也可以是如圖9所示的條狀，或如圖10所示的網(wǎng)狀。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，結(jié)構(gòu)120是柱體，其直徑從50納米至5000納米，高度從1000納米至20000納米，兩個(gè)最接近柱體的中心到中心的距離是在300納米至15000納米之間。頂部部分121優(yōu)選的高度是I微米至20微米。頂部部分121優(yōu)選的摻雜濃度的梯度在頂部表面120a的摻雜水平最高。優(yōu)選的，結(jié)構(gòu)120具有沿結(jié)構(gòu)120頂部表面120a的整個(gè)輪廓的懸垂部分124。每個(gè)凹槽130側(cè)壁130a和底壁130b之間優(yōu)選的具有圓形或斜面內(nèi)角。該鈍化層131可以是任何合適的絕緣材料，如HfO2, SiO2, Si3N4, Al2O3,有機(jī)分子單層等。該鈍化層131可以是任何合適的厚度，例如從I納米至100納米。鈍化層131有效鈍化側(cè)壁130a和底壁130b。該平面反射層132可以是任何合適的材料，如ZnO，Al, Au, Ag, Pd, Cr, Cu, Ti，和它們的組合等。該平面反射層132優(yōu)選的是導(dǎo)電材料，更優(yōu)選的是金屬。對任何可見光波長，該平面反射層132優(yōu)選的反射率至少是50%，更優(yōu)選的反射率是至少70%，最優(yōu)選的反射率是至少90%。該平面反射層132優(yōu)選的厚度是至少為5納米，更優(yōu)選的厚度是至少為20納米。優(yōu)選的，平面反射層132在所有的凹槽130中連接。該平面反射層132功能性地將其上的入射光反射到結(jié)構(gòu)120上就此使得光被結(jié)構(gòu)120吸收。光伏設(shè)備接收光的電極表面往往不透明。任何入射到此類不透明電極上的入射光或者被反射遠(yuǎn)離光伏設(shè)備或者被不透明電極吸收，從而不利于發(fā)電。平面反射層132優(yōu)選的功能性地作為光伏設(shè)備100的電極。該包覆層140對可見光基本透明，優(yōu)選的透光率至少有50%，更優(yōu)選至少70%，最優(yōu)選至少有90%。該包覆層140是一種導(dǎo)電材料。該包覆層140優(yōu)選為透明導(dǎo)電氧化物，例如ITO (銦錫氧化物)，AZO (鋁摻雜氧化鋅)，ZIO (氧化鋅銦)，ZTO (鋅錫氧化物)等。該包覆層140厚度可以是從50納米到5000納米。該包覆層140優(yōu)選的與結(jié)構(gòu)120的頂部部分121形成歐姆接觸。該包覆層140優(yōu)選的與平面反射層132形成歐姆接觸。該包覆層140優(yōu)選的功能性地作為光伏設(shè)備100的電極。該基板105優(yōu)選的在結(jié)構(gòu)120反面有平坦表面150。該平坦表面150上可以有一個(gè)與頂部部分121相反的導(dǎo)電類型的摻雜層151，即，如果頂部部分121是η型，摻雜層151是P型，如果頂部部分121是ρ型，摻雜層151是η型。該摻雜層151與每個(gè)結(jié)構(gòu)120的底部部分122電連接。如果底部部分122是本征的，頂部部分121、底部部分122和摻雜層151形成一個(gè)P-1-n結(jié)。如果底部部分122是η型或ρ型，頂部部分121和底部部分122形成p-n結(jié)。該平坦表面150也可以有一個(gè)位于摻雜層151上的金屬層152。該金屬層152與摻雜層151形成歐姆接觸。該基板105優(yōu)選的厚度有至少50微米。優(yōu)選的平面反射層132的總面積是平坦表面150表面區(qū)域的至少40%。該耦合層160可以是和包覆層140相同的材料或和包覆層140不同的材料。如圖5所示，該結(jié)構(gòu)120的折射率Ii1、該包覆層140的折射率n2、耦合層160的折射率n3和結(jié)構(gòu)120之間的空間的折射率n4優(yōu)選的滿足IVnpn4和ηι>η3>η4的關(guān)系，從而導(dǎo)致更多光線集中在結(jié)構(gòu)120上。圖11顯示了包覆層的作用。圖11顯示了一示例光伏設(shè)備100的吸收率頻譜5000，其中該結(jié)構(gòu)120是柱體，其半徑為125納米，間距為800納米，和高度為5微米，包覆層140的厚度為175納米。圖11也顯示了一個(gè)除沒有包覆層140之外其它相同的光伏設(shè)備100的吸收率頻譜5000。很明顯，示例的具有包覆層140的光伏設(shè)備100在整個(gè)可見光譜的吸收率要高得多，因而具有更高的光伏效率(即入射光轉(zhuǎn)化為電能的百分比)。在一個(gè)實(shí)施例中，該結(jié)構(gòu)120是排成如矩形陣列，六角形陣列，方陣，同心環(huán)陣列的柱體。每個(gè)結(jié)構(gòu)120高度約為5微米。結(jié)構(gòu)120的間距是從300納米到15微米。術(shù)語“間距”被定義為一個(gè)結(jié)構(gòu)120到近鄰結(jié)構(gòu)120沿一個(gè)平行于基板105方向的距離。該包覆層140厚度約為175納米。此處使用的術(shù)語“陣列”是指具有一個(gè)特定順序的空間布置。如圖1B所示的制造光伏設(shè)備100的方法，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，包括以下步驟:在步驟1000，提供具有摻雜層151和位于摻雜層151上外延層11的基板105。外延是在另一種晶體上生長具有確定方向的一種晶體的過程，其中該方向是由底層的晶體來確定。此處使用的術(shù)語“外延層”是指由外延生長的一個(gè)層。在步驟1001，離子注入摻雜外延層11的上層12。在步驟1002，摻雜上層12上加抗蝕劑層14。該蝕劑層14可以用旋轉(zhuǎn)涂布。該抗蝕劑層14可以是一個(gè)光致抗蝕劑或一個(gè)電子束抗蝕劑。在步驟1003，執(zhí)行半導(dǎo)體平板印刷。該抗蝕劑層14現(xiàn)在開口圖案使得摻雜上層12外露。開口的形狀和位置相對應(yīng)于凹槽130的形狀和位置。半導(dǎo)體平板印刷的分辨率是由所用的輻射波長限制。使用波長約248和193納米的深紫外光(DUV)的光刻工具允許的最小特征尺寸約為50納米。使用電子能量為IkeV到50keV的電子束光刻工具允許的最小特征尺寸下降到幾納米。在步驟1004，沉積一掩膜層15。沉積可以使用如熱蒸發(fā)，電子束蒸發(fā)，濺射的一種技術(shù)。該掩膜層15可以是如Cr或Al金屬，或者如SiO2或Si3N4的電介質(zhì)。該掩膜層15的厚度可以由凹槽130的深度和蝕刻選擇性(即，掩膜層15的蝕刻率和基板105的比例)來決定。在步驟1005，剩余的抗蝕劑層14由一合適的溶劑剝離，或者由一抗蝕劑灰化劑灰化來去除任何其上的掩膜層15。該抗蝕劑層14的開口中還有部分掩膜層15得以保留。部分的摻雜上層12現(xiàn)在通過保留的掩膜層15外露。在步驟1006，該摻雜上層12外露部分和直接位于其下的外延層11部分被深蝕刻至所需的深度(例如，I至20微米)，然后被各向同性蝕刻直到外延層11部分外露出來，來形成具有懸垂部分124的結(jié)構(gòu)120和具有斜面內(nèi)角的凹槽130。每個(gè)結(jié)構(gòu)120現(xiàn)在有是摻雜上層12的一部分的頂部部分121，和是外延層11的一部分的底部部分122。深蝕刻包括交替沉積和蝕刻步驟，并可能導(dǎo)致凹槽130側(cè)壁上130b的“開切口形”，即側(cè)壁130b并不平滑。該側(cè)壁130b可以通過熱退火或浸泡到一個(gè)如氫氧化鉀(KOH)的蝕刻劑然后漂洗來平滑化。深蝕刻可以使用如C4F8和SF6氣體。在步驟1007，鈍化層131共形的(即各向同性)沉積到凹槽130的表面和保留掩膜層15的頂部表面15a。一個(gè)共形層，如鈍化層131，是覆蓋了形態(tài)凹凸不平的表面并有一個(gè)基本均勻厚度的一個(gè)層。該鈍化層131可用一個(gè)如電鍍，化學(xué)氣相沉積法或原子層沉積的合適的技術(shù)來沉積。在步驟1008，一個(gè)抗蝕劑層16被有選擇性地涂覆，使得該凹槽側(cè)壁130a和底壁130b沒有抗蝕劑層16，并且鈍化層131的頂部表面131a被抗蝕劑層16完全覆蓋。該抗蝕劑層16可以用一個(gè)合適的方法有選擇性地施加，如下文根據(jù)一個(gè)實(shí)施例詳細(xì)描述的打印
涂覆方法。在步驟1009，一金屬層17各向異性沉積(S卩非共形)使得抗蝕劑層16和底壁130b是由金屬層17覆蓋，而側(cè)壁130a沒有金屬層17。該金屬層17可以由一個(gè)合適的技術(shù),如熱蒸發(fā)，電子束蒸發(fā)來沉積。該金屬層17可以是任何合適的金屬，例如鋁。在步驟1010，該抗蝕劑層16可以用合適的溶劑去除或用抗蝕劑灰化劑灰化以去除其上的任何金屬層17。該鈍化層131的頂部表面131a現(xiàn)在外露出來。在步驟1011，該鈍化層131的頂部表面131a用一個(gè)合適的技術(shù)，如離子銑、干法刻蝕、濺射來選擇性地去除，而保留凹槽130的側(cè)壁130a和底壁130b上的鈍化層131完好。保留掩膜層15的頂部表面15a現(xiàn)在外露出來。底壁130b上的金屬層17保護(hù)下方的鈍化層131不被去除。在步驟1012，該保留掩膜層15和該金屬層17用合適的蝕刻劑和一個(gè)合適的如濕蝕刻法技術(shù)來去除?，F(xiàn)在結(jié)構(gòu)120的頂部表面120a外露出來。在步驟1013，一個(gè)抗蝕劑層18被有選擇性地涂覆，使得該凹槽側(cè)壁130a和底壁130b沒有抗蝕劑層18，并且結(jié)構(gòu)120的頂部表面120a被抗蝕劑層18完全覆蓋?？刮g劑層18可以用一個(gè)合適的方法有選擇性地涂覆，如下文根據(jù)一個(gè)實(shí)施例詳細(xì)描述的打印涂覆方法。在步驟1014，平面反射層132各向異性沉積(即非共形)，使得抗蝕劑層18和底壁130b是由平面反射層132覆蓋，而側(cè)壁130a沒有平面反射層132。平面反射層132可以由一個(gè)合適的技術(shù)，如熱蒸發(fā)，電子束蒸發(fā)來沉積。該平面反射層132可以是任何合適的金屬，例如銀。在步驟1015，該抗蝕劑層18可以用合適的溶劑剝離或用抗蝕劑灰化劑灰化以去除其上的任何平面反射層132。該結(jié)構(gòu)120的頂部表面120a現(xiàn)在外露出來。在步驟1016，該包覆層140共形地(即各向同性)沉積，使得平面反射層132、鈍化層131和頂部表面120a被完全覆蓋。該包覆層140可用一個(gè)合適的技術(shù),如電鍍、化學(xué)氣相沉積法或原子層法來沉積。然后耦合層160可以使用合適的如濺射、熱蒸發(fā)或電子束蒸發(fā)等技術(shù)沉積。在步驟1017，金屬層152沉積在摻雜層151上。該方法可以進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)熱退火步驟。圖2A顯不了根據(jù)又一實(shí)施例的一光伏設(shè)備200截面原理圖。該光伏設(shè)備200包括一個(gè)基板205，復(fù)數(shù)個(gè)基本垂直于基板205的結(jié)構(gòu)220，和結(jié)構(gòu)220之間的一個(gè)或多個(gè)凹槽230。每個(gè)凹槽230有一側(cè)壁230a和一底壁230b。每個(gè)凹槽230的側(cè)壁230a和底壁230b和結(jié)構(gòu)220的頂部表面220a上具有沉積的交界層231。該交界層231是一種摻雜半導(dǎo)體。該底壁230b具有沉積在交界層231上的平面反射層232。該側(cè)壁230a沒有任何平面反射層。該結(jié)構(gòu)220是一種單晶半導(dǎo)體材料。該結(jié)構(gòu)220可以是一種本征半導(dǎo)體或摻雜半導(dǎo)體。如果結(jié)構(gòu)220是一摻雜半導(dǎo)體，該結(jié)構(gòu)220和交界層231有相反的導(dǎo)電類型，即，如果結(jié)構(gòu)220是ρ型，交界層231是η型；如果結(jié)構(gòu)220是η型，交界層231是ρ型。一個(gè)連續(xù)包覆層240覆蓋于整個(gè)外露的交界層231、平面反射層232和頂部表面220a。該光伏設(shè)備200可以進(jìn)一步包括包覆層240上的并且位于頂部表面220a正上方的耦合層260。該結(jié)構(gòu)220可以包括任何合適的單晶半導(dǎo)體材料，如硅，鍺，II1-V族化合物材料(如砷化鎵，氮化鎵等)，I1-VI族化合物材料(如硒化鎘，鎘硫化物，碲化鎘，氧化鋅，硒化鋅等)，四元材料(如銅銦鎵硒)。該結(jié)構(gòu)220可以有任何截面形狀。例如，該結(jié)構(gòu)220可以是截面為橢圓形，圓形，矩形，多邊形的圓柱體或者棱柱形狀。該結(jié)構(gòu)220也可以是如圖9所示的條狀，或如圖10所示的網(wǎng)狀。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，結(jié)構(gòu)220是柱體，其直徑從50納米至5000納米，高度從1000納米至20000納米，兩個(gè)最接近柱體的中心到中心的距離是在300納米至15000納米之間。優(yōu)選的，結(jié)構(gòu)220具有沿結(jié)構(gòu)220頂部表面220a的整個(gè)輪廓的懸垂部分224。每個(gè)凹槽230側(cè)壁230a和底壁230b之間優(yōu)選的具有圓形或斜面內(nèi)角。該交界層231優(yōu)選的厚度從5納米至100納米。該交界層231有效地鈍化結(jié)構(gòu)220的表面。該平面反射層232可以是任何合適的材料，如ZnO，Al, Au, Ag, Pd, Cr, Cu, Ti，和它們的組合等。該平面反射層232優(yōu)選的是導(dǎo)電材料，更優(yōu)選的是金屬。對任何可見光波長，平面反射層232優(yōu)選的反射率至少是50%，更優(yōu)選的反射率是至少70%，最優(yōu)選的反射率是至少90%。平面反射層232優(yōu)選的厚度是至少為5納米，更優(yōu)選的厚度是至少為20納米。優(yōu)選的，平面反射層232在所有的凹槽230中連接。該平面反射層232功能性地將其上的入射光反射到結(jié)構(gòu)220上就此使得光被結(jié)構(gòu)220吸收。平面反射層232優(yōu)選功能性地作為光伏設(shè)備200的電極。該包覆層240對可見光基本透明，優(yōu)選的透光率至少有50%，更優(yōu)選至少70%，最優(yōu)選至少有90%。該包覆層240是一種導(dǎo)電材料制成。該包覆層240優(yōu)選為透明導(dǎo)電氧化物，例如ITO (銦錫氧化物)，AZO (鋁摻雜氧化鋅)，ZIO (氧化鋅銦)，ZTO (鋅錫氧化物)等。該包覆層240厚度可以是從50納米到5000納米。該包覆層240優(yōu)選的與交界層231形成歐姆接觸。該包覆層240優(yōu)選的與平面反射層232形成歐姆接觸。該包覆層240優(yōu)選的功能性地作為光伏設(shè)備200的電極。
該基板205優(yōu)選的在結(jié)構(gòu)220反面有一平坦表面250。該平坦表面250上可以有一個(gè)與交界層231相反的導(dǎo)電類型的摻雜層251，即，如果交界層231是η型，摻雜層251是P型，如果交界層231是ρ型，摻雜層251是η型。該摻雜層251與每個(gè)結(jié)構(gòu)220電連接。如果結(jié)構(gòu)220是本征的，交界層231、結(jié)構(gòu)220和摻雜層251形成一個(gè)p-1_n結(jié)。如果結(jié)構(gòu)220是η型或ρ型，交界層231和結(jié)構(gòu)220形成p-n結(jié)。該平坦表面250也可以有一個(gè)位于摻雜層251上的金屬層252。該金屬層252與摻雜層251形成歐姆接觸。該基板205優(yōu)選的厚度有至少50微米。優(yōu)選的平面反射層232的總面積是平坦表面250表面區(qū)域的至少40%。該耦合層260可以是和包覆層240相同的材料或和包覆層240不同的材料。如圖5所示，該結(jié)構(gòu)220的折射率Ii1、該包覆層240的折射率n2、耦合層260的折射率n3和結(jié)構(gòu)220之間的空間的折射率n4優(yōu)選的滿足IiAnpn4和ηι>η3>η4的關(guān)系，從而導(dǎo)致更多光線集中在結(jié)構(gòu)220上。在一個(gè)實(shí)施例中，該結(jié)構(gòu)220是排成如矩形陣列，六角形陣列，方陣，同心環(huán)的陣列的柱體。每個(gè)柱體高度約為5微米。結(jié)構(gòu)220的間距是從300納米到15微米。該包覆層240厚度約為175納米。如圖2B所示的制造光伏設(shè)備200的方法，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，包括以下步驟:在步驟2000，提供具有摻雜層251和位于摻雜層251上的外延層21的基板205。在步驟2001，外延層21上涂覆抗蝕劑層24。該抗蝕劑層24可以用旋轉(zhuǎn)涂布。該抗蝕劑層24可以是一個(gè)光致抗蝕劑或電子束抗蝕劑。在步驟2002，執(zhí)行半導(dǎo)體平板印刷。該抗蝕劑層24現(xiàn)在開口圖案使得外延層21外露。開口的形狀和位置相對應(yīng)于凹槽230的形狀和位置。半導(dǎo)體平板印刷的分辨率是由所用的輻射波長限制。使用波長約248和193納米的深紫外光(DUV)的光刻工具允許的最小特征尺寸約為50納米。使用電子能量為IkeV到50keV的電子束光刻工具允許的最小特征尺寸下降到幾納米。在步驟2003，沉積掩膜層25?？梢允褂萌鐭嵴舭l(fā)，電子束蒸發(fā)，濺射的一種技術(shù)沉積。該掩膜層25可是如Cr或Al金屬，或者，如SiO2或Si3N4的電介質(zhì)。該掩膜層25的厚度可以由凹槽230的深度和蝕刻選擇性(即掩膜層25的蝕刻率和基板205的比例)來決定。在步驟2004，剩余的抗蝕劑層24由一合適的溶劑剝離，或者由一抗蝕劑灰化劑灰化來去除任何其上的掩膜層25。抗蝕劑層24的開口中還有部分掩膜層25得以保留。部分的外延層21現(xiàn)在通過保留掩膜層25外露。在步驟2005，該外延層21外露部分被深蝕刻至所需的深度(例如，I至20微米)，然后被各向同性蝕刻，來形成具有懸垂部分224的結(jié)構(gòu)220和有斜面內(nèi)角的凹槽230。深蝕刻包括交替沉積和蝕刻步驟，并可能導(dǎo)致凹槽230側(cè)壁上230b的“開切口形”，即側(cè)壁230b并不平滑。該側(cè)壁230b可以通過熱退火或浸泡到一個(gè)如氫氧化鉀(KOH)的蝕刻劑然后漂洗來平滑化。深蝕刻可以使用如C4F8和SF6氣體。在步驟2006，用一合適的例如用合適蝕刻劑的濕蝕刻，離子銑、濺射法來去除掩膜層25。該結(jié)構(gòu)220的頂部表面220a外露出來。在步驟2007，一摻雜劑層22共形的(即各向同性)沉積到凹槽230的表面和結(jié)構(gòu)220的頂部表面220a。該摻雜劑層22可用一個(gè)如電鍍，化學(xué)氣相沉積法或原子層沉積的合適的技術(shù)來沉積。該摻雜劑層22可以包括任何合適的材料，如trimethylboron, triisopropylborane ( (C3H7) 3B) , triethoxyborane ((C2H5O)3B,和 / 或triisopropoxyborane (C3H7O) 3B)。更多細(xì)節(jié)，可以見2010年10月10日至10月15日的電化學(xué)學(xué)會(huì)的第218次會(huì)議中Bodo Kalkofen和Edmund P.Burte 一個(gè)名為“氧化硼原子層沉積作為淺摻雜硅的摻雜源”的演示摘要，其在這里被全文納入引用。在步驟2008，一遮掩層23共形地(即各向同性)沉積到摻雜劑層22的表面。遮掩層23可用一個(gè)如電鍍、化學(xué)氣相沉積法或原子層沉積的合適的技術(shù)來沉積。遮掩層23可以是一合適的材料(例如氧化硅，氮化硅)和一個(gè)合適的厚度(例如，至少有10納米，至少有100納米，或至少有I微米)，有效地防止摻雜劑層22在步驟2009中蒸發(fā)。在步驟2009，該摻雜劑層22由熱退火擴(kuò)散到側(cè)壁230b，底壁230a和頂部表面220a，就此形成交界層231。熱退火可以在例如約850° C，10到30分鐘，一個(gè)合適的氣體(如氬氣)中進(jìn)行。在步驟2010，該遮掩層23可以用合適的技術(shù)例如使用一個(gè)例如HF的合適蝕刻劑的濕蝕刻法去除。交界層231現(xiàn)在外露出來。在步驟2011，一個(gè)抗蝕劑層26被有選擇性地涂覆，使得該凹槽230側(cè)壁230a和底壁230b沒有抗蝕劑層26，并且交界層231的頂部表面231a被抗蝕劑層26完全覆蓋?？刮g劑層26可以用一個(gè)合適的方法有選擇性地涂覆，如下文根據(jù)一個(gè)實(shí)施例詳細(xì)描述的打印
涂覆方法。在步驟2012，該平面反射層232各向異性沉積(即非共形)，使得抗蝕劑層26和底壁230b是由平面反射層232覆蓋，而側(cè)壁230a沒有平面反射層232。平面反射層232可以由一個(gè)合適的技術(shù)，如熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)來沉積。平面反射層232可以是任何合適的金屬，例如銀。在步驟2013，該抗蝕劑層26可以用合適的溶劑剝離或用抗蝕劑灰化劑灰化以去除其上的任何平面反射層232。交界層220的頂部表面231a外露出來。在步驟2014，該包覆層240共形地(即各向同性)沉積，使得平面反射層232、交界層231和頂部表面231a是完全覆蓋。該包覆層240可用一個(gè)合適的技術(shù),如電鍍、化學(xué)氣相沉積法或原子層法來沉積。然后耦合層260可以使用如濺射、熱蒸發(fā)或電子束蒸發(fā)等合適的技術(shù)沉積。在步驟2015，該金屬層252沉積到摻雜層251上。該方法可以進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)熱退火步驟。圖3A顯不了根據(jù)又一實(shí)施例的光伏設(shè)備300截面不意圖。該光伏設(shè)備300包括一個(gè)基板305，復(fù)數(shù)個(gè)基本垂直于基板305的結(jié)構(gòu)320，和結(jié)構(gòu)320之間的一個(gè)或多個(gè)凹槽330。每個(gè)凹槽330有一側(cè)壁330a和一底壁330b。每個(gè)凹槽330的側(cè)壁330a和底壁330b和結(jié)構(gòu)320的頂部表面320a上具有沉積的交界層331。該交界層331是一種摻雜半導(dǎo)體。底壁330b具有沉積在交界層331上的平面反射層332。側(cè)壁330a沒有任何平面反射層。每個(gè)結(jié)構(gòu)320具有頂部部分321和底部部分322。該結(jié)構(gòu)320可以有以下四種摻雜分布之一種(即，摻雜量分布):(一)該底部部分322是本征的并且頂部部分321是ρ型；(二)該底部部分322是η型并且頂部部分321是ρ型；(三)該底部部分322是本征的并且頂部部分321是η型；(四)該底部部分322是ρ型并且頂部部分321是η型。該頂部部分321可以有沿頂部表面320a到底部部分322方向摻雜水平降低的一個(gè)摻雜分布。該結(jié)構(gòu)320是一種單晶半導(dǎo)體材料。該結(jié)構(gòu)320的頂部部分321和交界層331是相同的導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料，即，如果頂部部分321是ρ型，交界層331是ρ型；如果頂部部分321是η型，交界層331是η型。一個(gè)連續(xù)的包覆層340覆蓋于整個(gè)外露的交界層331和平面反射層332。光伏設(shè)備300可以進(jìn)一步包括包覆層340上的并且位于頂部表面320a正上方的耦合層360。該結(jié)構(gòu)320可以包括任何合適的單晶半導(dǎo)體材料，如硅，鍺，II1-V族化合物材料(如砷化鎵，氮化鎵等)，I1-VI族化合物材料(如硒化鎘，鎘硫化物，碲化鎘，氧化鋅，硒化鋅等)，四元材料(如銅銦鎵硒)。該結(jié)構(gòu)320可以有任何截面形狀。例如，該結(jié)構(gòu)320可以是截面為橢圓形、圓形、矩形、多邊形的圓柱體或者棱柱形狀。該結(jié)構(gòu)320也可以是如圖9所示的條狀，或如圖10所示的網(wǎng)狀。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，結(jié)構(gòu)320是柱體，其直徑從50納米至5000納米，高度從1000納米至20000納米，兩個(gè)最接近柱體的中心到中心的距離是在300納米至15000納米之間。該頂部部分321優(yōu)選的高度是I微米至20微米。該頂部部分321優(yōu)選的摻雜濃度的梯度在頂部表面320a的摻雜水平最高。優(yōu)選的，結(jié)構(gòu)320具有沿結(jié)構(gòu)320頂部表面320a的整個(gè)輪廓的懸垂部分324。每個(gè)凹槽330側(cè)壁130a和底壁330b之間優(yōu)選的具有圓形或斜面內(nèi)角。該交界層331優(yōu)選的厚度從5納米至100納米。交界層331有效地鈍化結(jié)構(gòu)320的表面。該平面反射層332可以是任何合適的材料，如ZnO，Al, Au, Ag, Pd, Cr, Cu, Ti，和它們的組合等。該平面反射層332優(yōu)選的是導(dǎo)電材料，更優(yōu)選的是金屬。對任何可見光波長，平面反射層332優(yōu)選的反射率至少是50%，更優(yōu)選的反射率是至少70%，最優(yōu)選的反射率是至少90%。該平面反射層332優(yōu)選的厚度是至少為5納米，更優(yōu)選的厚度是至少為20納米。優(yōu)選的，該平面反射層332在所有的凹槽330中連接。該平面反射層332功能性地將其上的入射光反射到結(jié)構(gòu)320上就此使得光被結(jié)構(gòu)320吸收。該平面反射層332優(yōu)選的功能性地作為光伏設(shè)備300的電極。該包覆層340對可見光基本透明，優(yōu)選的透光率至少有50 %，更優(yōu)選至少70 %，最優(yōu)選至少有90%。該包覆層340是一種導(dǎo)電材料。該包覆層340優(yōu)選為透明導(dǎo)電氧化物，例如ITO (銦錫氧化物)，AZO (鋁摻雜氧化鋅)，ZIO (氧化鋅銦)，ZTO (鋅錫氧化物)等。該包覆層340厚度可以是從50納米到5000納米。包覆層340優(yōu)選的與結(jié)構(gòu)320的頂部部分321形成歐姆接觸。該包覆層340優(yōu)選的與平面反射層332形成歐姆接觸。該包覆層340優(yōu)選的功能性地作為光伏設(shè)備300的電極。 該基板305優(yōu)選的在結(jié)構(gòu)320反面有平坦表面350。該平坦表面350上可以有一個(gè)與交界層331相反的導(dǎo)電型的摻雜層351，即，如果交界層331是η型，摻雜層351是ρ型，如果交界層331是ρ型，摻雜層351是η型。該摻雜層351與每個(gè)結(jié)構(gòu)320的底部部分322電連接。如果底部部分322是本征的，交界層231、頂部部分332和底部部分322與摻雜層351形成一個(gè)p-1-n結(jié)。如果底部部分322是η型或ρ型，交界層331和頂部部分321和底部部分322形成p-n結(jié)。該平坦表面350也可以有一個(gè)位于摻雜層351上的金屬層352。該金屬層352與摻雜層351形成歐姆接觸。該基板305優(yōu)選的厚度有至少50微米。優(yōu)選的平面反射層332的總面積是平坦表面350表面區(qū)域的至少40%。
該耦合層360可以是和包覆層340相同的材料或和包覆層340不同的材料。如圖5所示，該結(jié)構(gòu)320的折射率Ii1、該包覆層340的折射率n2、耦合層360的折射率n3和結(jié)構(gòu)320之間的空間的折射率n4優(yōu)選的滿足IiAnpn4和ηι>η3>η4的關(guān)系，從而導(dǎo)致更多光線集中在結(jié)構(gòu)320上。在一個(gè)實(shí)施例中，該結(jié)構(gòu)320是排成如矩形陣列，六角形陣列，方陣，同心環(huán)的陣列的柱體。每個(gè)柱體高度約為5微米。該結(jié)構(gòu)320的間距是從300納米到15微米。術(shù)語“間距”被定義為一個(gè)結(jié)構(gòu)320到近鄰結(jié)構(gòu)320沿一個(gè)平行于基板305方向的距離。該包覆層340厚度約為175納米。如圖3B所示的制造光伏設(shè)備300的方法，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，包括以下步驟:在步驟3000，提供具有摻雜層351和位于摻雜層351上的外延層31的基板305。在步驟3001，離子注入摻雜外延層31的上層32。在步驟3002，摻雜上層32上涂覆抗蝕劑層34。蝕劑層34可以用旋轉(zhuǎn)涂布。該抗蝕劑層34可以是一個(gè)光致抗蝕劑或電子束抗蝕劑。在步驟3003，執(zhí)行半導(dǎo)體平板印刷。該抗蝕劑層34現(xiàn)在開口圖案使得摻雜上層32外露。開口的形狀和位置相對應(yīng)于凹槽330的形狀和位置。半導(dǎo)體平板印刷的分辨率是由所用的輻射波長限制。使用波長約248和193納米的深紫外光(DUV)的光刻工具允許的最小特征尺寸約為50納米。使用電子能量為IkeV到50keV的電子束光刻工具允許的最小特征尺寸下降到幾納米。在步驟3004，沉積掩膜層35?？梢允褂萌鐭嵴舭l(fā)、電子束蒸發(fā)、濺射的一種技術(shù)沉積。該掩膜層35可以是如Cr或Al金屬，或者，如SiO2或Si3N4的電介質(zhì)。掩膜層35的厚度可以由凹槽330的深度和蝕刻選擇性(即，掩膜層35的蝕刻率和基板305的比例)來決定。在步驟3005，剩余的抗蝕劑層34由一合適的溶劑剝離，或者由一抗蝕劑灰化劑灰化來去除任何其上的掩膜層35?？刮g劑層34的開口中還有部分掩膜層35得以保留。部分的摻雜上層32現(xiàn)在通過保留掩膜層35外露。在步驟3006，該摻雜上層32外露部分和直接位于其下的外延層31部分被深蝕刻至所需的深度(例如，I至20微米)，然后被各向同性蝕刻直到外延層31部分外露出來，來形成具有懸垂部分324的結(jié)構(gòu)320和具有斜面內(nèi)角的凹槽330。每個(gè)結(jié)構(gòu)320現(xiàn)在有摻雜上層32的一部分的頂部部分321，和外延層31的一部分的底部部分322。深蝕刻包括交替沉積和蝕刻步驟，并可能導(dǎo)致凹槽330側(cè)壁上330b的“開切口形”，即側(cè)壁330b并不平滑。該側(cè)壁330b可以通過熱退火或浸泡到一個(gè)如氫氧化鉀(KOH)的蝕刻劑然后漂洗來平滑化。深蝕刻可以使用如C4F8和SF6氣體。在步驟3007，用一合適的例如用合適蝕刻劑的濕蝕刻、離子銑、濺射法來去除掩膜層35。結(jié)構(gòu)320的頂部表面320a外露出來。在步驟3008，摻雜劑層39共形的(即各向同性)沉積到凹槽330的表面和結(jié)構(gòu)320的頂部表面320a。該摻雜劑層39可用一個(gè)如電鍍、化學(xué)氣相沉積法或原子層沉積的合適技術(shù)來沉積。該摻雜劑層39可以包括任何合適的材料，如trimethylboron, triisopropy lborane ( (C3H7) 3B) , triethoxyborane ((C2H5O)3B,和 / 或triisopropoxyborane (C3H7O) 3B)。更多細(xì)節(jié)，可以見2010年10月10日至10月15日的電化學(xué)學(xué)會(huì)的第218次會(huì)議中Bodo Kalkofen和Edmund P.Burte 一個(gè)名為“氧化硼原子層沉積作為淺摻雜硅的摻雜源”的演示摘要，其在這里被全文納入引用。在步驟3009，一遮掩層33共形的(即各向同性)沉積到該摻雜劑層39的表面。該遮掩層33可用一個(gè)如電鍍、化學(xué)氣相沉積法或原子層沉積的合適的技術(shù)來沉積。該遮掩層33具有一合適的材料(例如氧化娃,氮化娃)和一個(gè)合適的厚度(例如,至少有10納米,至少有100納米，或至少有I微米)，有效地防止摻雜劑層39在步驟3010中蒸發(fā)。在步驟3010，該摻雜劑層39由熱退火擴(kuò)散到側(cè)壁330b，底壁330a和頂部表面320a，就此形成交界層331。熱退火可以在例如約850° C，10到30分鐘，一個(gè)合適的氣體(如氬氣)中進(jìn)行。在步驟3011，遮掩層33可以用合適的技術(shù)例如使用一個(gè)例如HF的合適蝕刻劑的濕蝕刻法去除。該交界層331現(xiàn)在外露出來。在步驟3012，一個(gè)抗蝕劑層36被有選擇性地涂覆，使得該凹槽330側(cè)壁330a和底壁330b沒有抗蝕劑層36，并且交界層331的頂部表面331a被抗蝕劑層36完全覆蓋。該抗蝕劑層36可以用一個(gè)合適的方法有選擇性地涂覆，如下文根據(jù)一個(gè)實(shí)施例詳細(xì)描述的打印涂覆方法。在步驟3013，平面反射層332各向異性沉積(即非共形)，使得抗蝕劑層36和底壁330b是由平面反射層332覆蓋，而側(cè)壁330a沒有平面反射層332。該平面反射層332可以由一個(gè)合適的技術(shù)，如熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)來沉積。平面反射層332可以是任何合適的金屬，例如銀。在步驟3014，該抗蝕劑層36可以用合適的溶劑剝離或用抗蝕劑灰化劑灰化以去除其上的任何平面反射層332。交界層320的頂部表面331a外露出來。在步驟3015，包覆層340共形地(即各向同性)沉積，使得平面反射層332、交界層331和頂部表面331a是完全覆蓋。包覆層340可用一個(gè)合適的技術(shù),如電鍍、化學(xué)氣相沉積法或原子層法來沉積。然后耦合層360可以使用如濺射、熱蒸發(fā)或電子束蒸發(fā)等合適的技術(shù)沉積。在步驟3016，金屬層352沉積到摻雜層351上。該方法可以進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)熱退火步驟。圖6顯示了示例光伏設(shè)備100，200或300的俯視橫截面視圖。圖7顯示了光伏設(shè)備100，200或300的示例透視圖。在步驟1008，1013,2011和3012中使用的打印方法的一實(shí)施例包括:將抗蝕劑層420涂布到一個(gè)彈性材料如聚二甲基硅氧烷(PDMS)的輥軸410上；使輥軸410在表面405a滾動(dòng)來轉(zhuǎn)移抗蝕劑層420轉(zhuǎn)移到基板405的表面405a。表面405a是持平的或有紋理的。在滾動(dòng)輥軸410時(shí),表面405a可以面向上或向下。在步驟1008，1013,2011和3012中使用的打印方法的又一實(shí)施例包括:將抗蝕劑層420涂布到一個(gè)彈性材料如聚二甲基硅氧烷(PDMS)的印章430上；使印章430蓋在表面405a上來轉(zhuǎn)移抗蝕劑層420到基板405的表面405a。表面405a是持平的或有紋理的。在滾動(dòng)輥軸410時(shí),表面405a可以面向上或向下。一個(gè)電力轉(zhuǎn)換成光的方法包括:對光伏設(shè)備100，200或300光照，使用平面反射層132，232或332將光線反射到結(jié)構(gòu)120，220或320上，使用結(jié)構(gòu)120，220或320吸收光線并將光轉(zhuǎn)換為電，從光伏設(shè)備100，200或300引出電流。如圖8A-8C所示，電流可以從光伏設(shè)備100，200或300的金屬層152和/或平面反射層132，金屬層252和/或平面反射層232，金屬層352和/或平面反射層332分別引出。一個(gè)光電探測器，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，包括光伏設(shè)備100，200或300，其中光電探測器當(dāng)被光照時(shí)功能性地輸出電信號。一個(gè)光檢測方法包括:對光伏設(shè)備100，200或300光照；測量光伏設(shè)備100，200或300的電信號。電信號可以是電流、電壓、電導(dǎo)和/或電阻。當(dāng)測量電信號時(shí)，一個(gè)偏置電壓可被分別加在光伏設(shè)備100，200或300的結(jié)構(gòu)120，220和320上。此處已披露的各個(gè)方面和實(shí)施方案之外,其它方面和實(shí)施方案對于那些在本領(lǐng)域的技術(shù)人員也是顯而易見的。此處已披露的各個(gè)方面和實(shí)施方案是為了說明的目的，并不是要限制范圍，真正發(fā)明范圍和精神在下面的權(quán)利要求中表述。
權(quán)利要求
1.一個(gè)光伏設(shè)備，具有將光能轉(zhuǎn)化為電能的操作性，其包括一個(gè)基板，復(fù)數(shù)個(gè)基本垂直于基板的結(jié)構(gòu)，和結(jié)構(gòu)之間的一個(gè)或多個(gè)凹槽，每個(gè)凹槽具有一個(gè)側(cè)壁和一個(gè)底壁，和位于每個(gè)凹槽底壁上的一個(gè)平面反射層，其中該結(jié)構(gòu)包含一種單晶半導(dǎo)體材料，其中每個(gè)凹槽的側(cè)壁沒有平面反射層。
2.如權(quán)利要求1所述的光伏設(shè)備，其中單晶半導(dǎo)體材料是從包含硅，鍺，II1-V族化合物材料，I1-VI族化合物材料，與四元材料的一組中所選。
3.如權(quán)利要求1所述的光伏設(shè)備，其中該結(jié)構(gòu)是圓柱體或棱柱形，其截面是從包含橢圓形，圓形，長方形和多邊形截面，條狀，或網(wǎng)狀的一組中所選。
4.如權(quán)利要求1所述的光伏設(shè)備，其中該結(jié)構(gòu)是柱體，其直徑從50納米至5000納米，其高度從1000納米至20000納米，兩個(gè)最接近柱體的中心到中心的距離是在300納米至15000納米之間。
5.如權(quán)利要求1所述的光伏設(shè)備，其中該結(jié)構(gòu)沿結(jié)構(gòu)的一個(gè)頂部表面的整個(gè)輪廓具有一個(gè)懸垂部分。
6.如權(quán)利要求1所述的光伏設(shè)備，其中每個(gè)凹槽側(cè)壁和底壁之間是圓形或斜面的內(nèi)角。
7.如權(quán)利要求1所述的光伏設(shè)備，其中該平面反射層的材料是從包含ZnO，Al，Au，AgPd, Cr, Cu, Ti和它們的組合的一組中選擇。
8.如權(quán)利要求1所述的光伏設(shè)備，其中該平面反射層是一種導(dǎo)電材料。
9.如權(quán)利要求1所述的光伏設(shè)備，其中該平面反射層是一種金屬。
10.如權(quán)利要求1所述的光伏設(shè)備，其中該平面反射層對任何波長可見光有至少50%的反射率。
11.如權(quán)利要求1所述的光伏設(shè)備，其中該平面反射層的厚度至少為5納米。
12.如權(quán)利要求1所述的光伏設(shè)備，其中該平面反射層功能性地將其上的入射光反射給該結(jié)構(gòu)使得光被該結(jié)構(gòu)吸收。
13.如權(quán)利要求1所述的光伏設(shè)備，其中所有凹槽的平面反射層相連。
14.如權(quán)利要求1所述的光伏設(shè)備，其中該平面反射層功能性地作為光伏設(shè)備的電極。
15.如權(quán)利要求1所述的光伏設(shè)備，其中該基板于該結(jié)構(gòu)反面有一個(gè)平坦表面。
16.如權(quán)利要求15所述的光伏設(shè)備，其中該平坦表面上有一個(gè)摻雜層和位于其上的一個(gè)可選的金屬層，該金屬層和摻雜層形成歐姆接觸。
17.如權(quán)利要求15所述的光伏設(shè)備，其中該平面反射層的總面積至少是該平坦表面的表面面積的40%。
18.如權(quán)利要求1所述的光伏設(shè)備，其中該基板厚度至少是50微米。
19.如權(quán)利要求1所述的光伏設(shè)備，其中該結(jié)構(gòu)是排列成陣列的柱體；每個(gè)結(jié)構(gòu)高度約為5微米；該結(jié)構(gòu)的間距是從300納米到15微米。
20.如權(quán)利要求16所述的光伏設(shè)備，進(jìn)一步包含一個(gè)鈍化層，一個(gè)連續(xù)包覆層和一個(gè)可選的耦合層，其中: 該鈍化層處于側(cè)壁上，和底壁的平面反射層下面；該結(jié)構(gòu)的頂部表面沒有鈍化層；該鈍化層有效的鈍化側(cè)壁和底壁； 該連續(xù)包覆層位于該鈍化層和該平面反射層上所有外露部分，以及結(jié)構(gòu)頂部表面上；該耦合層位于該包覆層上并且僅位于頂部表面以上；和/或 每個(gè)結(jié)構(gòu)的頂部部分和底部部分具有不同的導(dǎo)電類型。
21.如權(quán)利要求20所述的光伏設(shè)備,其中該結(jié)構(gòu)有以下的摻雜分布之一: (一)該底部部分是本征的并且頂部部分是P型； (二)該底部部分是η型并且頂部部分是P類型； (三)該底部部分是本征的并且頂部部分是η型； (四)該底部部分是P型并且頂部部分是η型。
22.如權(quán)利要求20所述的光伏設(shè)備，其中: 該頂部部分高度為1微米至20微米； 該鈍化層厚度從1納米至100納米； 該鈍化層是從包含如下組成中所選的一種電絕緣材料:Hf02，SiO2, Si3N4, Al2O3,有機(jī)分子單層； 該包覆層是對可見光基本 透明，其至少有50%的透光率； 該包覆層是一種導(dǎo)電材料制成； 該包覆層是一種透明導(dǎo)電氧化物； 該包覆層是從包含如下組成中所選的一種材料:氧化銦錫，鋁摻雜氧化鋅，氧化鋅銦，鋅錫氧化物； 該包覆層厚度從50納米到5000納米； 該包覆層和頂部部分形成歐姆接觸； 該包覆層與平面反射層形成歐姆接觸； 該包覆層功能性地作為光伏設(shè)備電極； 該摻雜層有和頂部部分相反的導(dǎo)電類型； 該摻雜層和底部部分電連接； 該摻雜層、底部部分和頂部部分形成一個(gè)p-n或p-1-n結(jié)； 該包覆層厚度約為175納米； 該耦合層是和包覆層的材料相同或和包覆層的材料不同；和/或該結(jié)構(gòu)折射率Ii1、該包覆層折射率n2、該耦合層折射率n3、該結(jié)構(gòu)之間空間的折射率n4滿足和的關(guān)系。
23.如權(quán)利要求16所述的光伏設(shè)備，還包括一個(gè)交界層，一個(gè)連續(xù)包覆層和一個(gè)可選的耦合層，其中: 該交界層是一個(gè)摻雜半導(dǎo)體； 該交界層在側(cè)壁上、底壁的平面反射層下面和該結(jié)構(gòu)的一個(gè)頂端表面上；該交界層有效的鈍化側(cè)壁和底壁； 該連續(xù)包覆層位于該交界層、該平面反射層和該頂端表面所有的外露部分；和/或 該耦合層位于包覆層上面并且只在頂端表面上。
24.如權(quán)利要求23所述的光伏設(shè)備，其中: 該結(jié)構(gòu)是一種摻雜半導(dǎo)體并且該結(jié)構(gòu)和交界層有相反的導(dǎo)電類型；或 該結(jié)構(gòu)是一種本征半導(dǎo)體。
25.如權(quán)利要求23所述的光伏設(shè)備，其中:該交界層的厚度從5納米至100納米； 該包覆層是對可見光基本透明，其至少有50%的透光率； 該包覆層是一種導(dǎo)電材料制成； 該包覆層是一種透明導(dǎo)電氧化物； 該包覆層是從包含如下組成中所選的一種材料:氧化銦錫，鋁摻雜氧化鋅，氧化鋅銦，鋅錫氧化物； 該包覆層厚度從50納米到5000納米； 該包覆層和頂部部分形成歐姆接觸； 該包覆層與平面反射層形成歐姆接觸； 該包覆層功能性地作為光伏設(shè)備電極； 該摻雜層有和交界層相反的導(dǎo)電類型； 該摻雜層和每個(gè)結(jié)構(gòu)電連接； 該摻雜層、結(jié)構(gòu)和交界層形成一個(gè)p-n或p-1-n結(jié)； 該包覆層厚度約為175納米； 該耦合層是和包覆層的材料相同或和包覆層的材料不同；和/或該結(jié)構(gòu)折射率Ii1、該包覆層折射率n2，該耦合層折射率n3、該結(jié)構(gòu)之間空間的折射率n4滿足和的關(guān)系。
26.如權(quán)利要求16所述的光伏設(shè)備，還包括一個(gè)交界層，一個(gè)連續(xù)包覆層和一個(gè)可選的耦合層，其中: 該交界層是一種摻雜半導(dǎo)體； 該交界層處于側(cè)壁上、底壁的平面反射層下面和該結(jié)構(gòu)的頂端表面；該交界層有效的鈍化側(cè)壁和底壁； 該連續(xù)包覆層位于交界層、平面反射層和頂端表面上所有外露部分； 該耦合層位于包覆層上并且僅位于頂部表面以上；和/或 該每個(gè)結(jié)構(gòu)的頂部部分和底部部分具有不同的導(dǎo)電類型。
27.如權(quán)利要求26所述的光伏設(shè)備，其中: 該頂部部分和交界層具有相同的導(dǎo)電類型；并且 該結(jié)構(gòu)有以下的摻雜分布之一: (一)底部部分是本征的并且頂部部分是P型； (二)底部部分是η型并且頂部部分是P型； (三)底部部分是本征的并且頂部部分是η型； (四)底部部分是P型并且頂部部分是η型。
28.如權(quán)力要求26所述的光伏設(shè)備，其中: 該交界層的厚度從5納米至100納米； 該包覆層是對可見光基本透明，其至少有50%的透光率； 該包覆層是一種導(dǎo)電材料制成； 該包覆層是一種透明導(dǎo)電氧化物； 該包覆層是從包含如下組成中所選的一種材料:氧化銦錫，鋁摻雜氧化鋅，氧化鋅銦，鋅錫氧化物；該包覆層厚度從50納米到5000納米； 該包覆層和頂部部分形成歐姆接觸； 該包覆層與平面反射層形成歐姆接觸； 該包覆層功能性地作為光伏設(shè)備電極； 該摻雜層有和交界層相反的導(dǎo)電類型； 該摻雜層和每個(gè)結(jié)構(gòu)底部部分電連接； 該摻雜層、底部部分、頂部部分和交界層形成一個(gè)p-n或p-1-n結(jié)； 該包覆層厚度約為175納米； 該耦合層是和包覆層的材料相同或和包覆層的材料不同；和/或該結(jié)構(gòu)折射率Ii1、該包覆層折射率n2、該耦合層折射率n3、該結(jié)構(gòu)之間空間的折射率n4滿足和的關(guān)系。
29.制造一光伏 設(shè)備的方法，該光伏設(shè)備包括復(fù)數(shù)個(gè)基本垂直于基板的結(jié)構(gòu)，和結(jié)構(gòu)之間的一個(gè)或多個(gè)凹槽，每個(gè)凹槽具有一個(gè)側(cè)壁和一個(gè)底壁，并且每個(gè)凹槽底壁上具有一個(gè)平面反射層，該方法包括: 使用半導(dǎo)體平板印刷技術(shù)在一抗蝕劑層產(chǎn)生開口圖案，開口圖案的位置和形狀相對應(yīng)于結(jié)構(gòu)的位置和形狀； 通過蝕刻基板形成結(jié)構(gòu)和凹槽； 在底壁上沉積平面反射層，并且使得每個(gè)凹槽側(cè)壁沒有平面反射層。
30.權(quán)利要求29的方法，進(jìn)一步包括: 在基板上涂布抗蝕劑層； 顯影該抗蝕劑層的圖案； 沉積一個(gè)掩膜層；和 剝離該抗蝕劑層。
31.權(quán)利要求29的方法，還包括離子注入或沉積一個(gè)摻雜劑層。
32.權(quán)利要求29的方法，其中該結(jié)構(gòu)和凹槽是由深蝕刻和后繼的各向同性蝕刻形成。
33.權(quán)利要求29的方法，還包括使用打印涂覆方法涂覆抗蝕劑層，該打印涂覆方法包括: 將抗蝕劑層涂布到一個(gè)彈性材料輥軸；使輥軸在該表面滾動(dòng)來轉(zhuǎn)移抗蝕劑層到基板表面上，其中該表面是持平的或有紋理的。
34.權(quán)力要求33的方法，其中該輥軸是聚二甲基硅氧烷。
35.權(quán)力要求29的方法，還包括使用打印涂覆方法涂覆抗蝕劑層，該打印涂覆方法包括: 將抗蝕劑層涂布到一個(gè)彈性材料印章上；使印章蓋在該表面來轉(zhuǎn)移抗蝕劑層到基板表面上，其中該表面是持平的或有紋理的。
36.權(quán)利要求35的方法，其中該印章是聚二甲基硅氧烷。
37.一種將光轉(zhuǎn)換為電能的方法包括: 對光伏設(shè)備光照，其中該光伏設(shè)備具有復(fù)數(shù)個(gè)基本垂直于基板的結(jié)構(gòu)，和結(jié)構(gòu)之間的一個(gè)或多個(gè)凹槽，每個(gè)凹槽具有一個(gè)側(cè)壁和一個(gè)底壁，并且每個(gè)凹槽底壁上具有一個(gè)平面反射層；使用該平面反射層將光線反射到該結(jié)構(gòu)上； 使用該結(jié)構(gòu)吸收光線并將光轉(zhuǎn)換為電流； 從該光伏設(shè)備引出電流。
38.權(quán)利要求37的方法，其中該電流從平面反射層引出。
39.一個(gè)光電探測器，包括如權(quán)利要求1所述光伏設(shè)備，其中該光電探測器當(dāng)被光照時(shí)功能性地輸出電信號。
40.一個(gè)光檢測方法包括: 對如權(quán)利要求1所述的光伏設(shè)備光照； 測量該光伏設(shè)備的電信號。
41.權(quán)利要求40的方法， 其中該電信號是電流，電壓，電導(dǎo)和/或電阻。
42.權(quán)利要求40的方法,其中一個(gè)偏置電壓被加在該光伏設(shè)備的結(jié)構(gòu)上。
全文摘要
一個(gè)光伏設(shè)備，具有將光能轉(zhuǎn)化為電能的操作性，包括一個(gè)基板，復(fù)數(shù)個(gè)基本垂直于基板的結(jié)構(gòu)，和結(jié)構(gòu)之間的一個(gè)或多個(gè)凹槽，每個(gè)凹槽具有位于一個(gè)底壁上的平面鏡。該結(jié)構(gòu)具有p-n或p-i-n結(jié)將光轉(zhuǎn)換成為電能。該平面鏡做為功能性的電極，可以將入射其上的光線反射給該結(jié)構(gòu)來轉(zhuǎn)換成為電能。
文檔編號H01L31/18GK103201858SQ201180054442
公開日2013年7月10日 申請日期2011年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月12日
發(fā)明者俞榮浚, 穆尼布·沃貝爾 申請人:立那工業(yè)股份有限公司