[发明专利]纳米结构功能涂层和器件

说明书

技术领域

一般来说，本发明涉及用于改善能量转换的光学表面的涂层。更具体来说，本发明涉及用于改善光电器件中的能量转换的涂层。本发明还涉及利用此类涂层的光电器件。 

背景技术

光电器件领域中的主要关注点之一是改善能量转换效率(从电磁能转换为电能或反之)。这些器件通常会由于光损失而遭受性能降低。因此，这些器件的光学设计中的研究包括光收集和捕捉、光谱匹配的吸收以及向上/向下光能转换。 

一种潜在的光收集方法是通过具有无反射表面来减少光反射。为此，通常使用具有合适折射率的抗反射涂层。但是，具有例如介于1.0(空气)与1.49(玻璃)之间的低折射率的此类材料的可得性是非常有限的。 

从当前的研究可见，与致密材料相比，具有可控孔隙度的纳米结构光学薄膜通常具有非常低的折射率。例如，SiO₂纳米结构多孔薄膜通常具有约1.08的折射率，这远低于SiO₂薄膜的值1.46。这些单层抗反射涂层只在有限光谱范围内对于法向入射减少了反射率。 

此外，由于其中由高能光子生成的载流子像晶体中的声子一样损失的热化机制，所以这些器件会遭受效率损失。能量大于吸收的阈值能量的入射光子的吸收导致每个吸收光子只生成一个电子-空穴对，而与光子能量无关。在所生成的电子-空穴对的热化期间，超过阈值能量的入射光子的过多能量就浪费了。采用异质结窗口层的某些电池设计会由于窗口层中的寄生吸收而损失高能光子。因此，希望将这些高能 光子(短波长)转换为低能光子(长波长)，低能光子可在吸收层中有效吸收并转换为可收集的电荷载流子。 

一种克服光损失和相关的损失机制的公知方法包含将高电磁能从较短波长“向下转换”为较长波长。由于必须避免在光电器件的非期望区域/层中吸收高能光子，所以可在器件的表面上设置向下转换层，以暴露至电磁辐射。 

通常，抗反射层和向下转换层的沉积包括多个处理步骤。因此，希望产生具有抗反射性质和向下转换性质的改进的涂层体系，以便满足光电器件的各种性能要求。此外，新涂层体系可提供易于制作的优点。还非常希望开发包括这种涂层的改进的光电器件。 

发明内容

本发明的实施例提供一种包括设置在衬底上的纳米结构功能涂层的物品。功能涂层的特征在于抗反射性质和向下转换性质。 

根据本发明的一些实施例，提供一种光电器件。该器件包括衬底、设置在衬底上的多层结构以及设置在器件的电磁辐射接收表面上的纳米结构功能涂层。功能涂层的特征在于抗反射性质和向下转换性质。 

附图说明

当参照附图阅读以下详细描述时，将能更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点，附图中： 

图1是本发明一个实施例的示意图； 

图2是与本发明的一个实施例有关的材料的能级图； 

图3是本发明另一个实施例的示意图； 

图4是本发明一个实施例的示意图； 

图5是本发明另一个实施例的示意图； 

图6是本发明一个实施例的示意图。 

具体实施方式

如下文所详细论述，本发明的一些实施例提供一种用于改善能量转换的光学表面的涂层。这些实施例有利地减少由于反射和热化机制引起的光损失。本发明的实施例还描述一种改进的光电器件，在该光电器件的表面上设置有这样的涂层。 

如整篇说明书和权利要求书中所使用，可运用近似语言来修饰可容许地改变的任何定量表示，而不会导致与它相关的基本功能的改变。因此，用诸如“约(about)”的一个或多个术语修饰的值不限于所指定的精确值。在一些情况下，近似语言可对应于测量该值的仪器的精度。 

如本文所用的“纳米结构”是具有特征大小小于约500纳米(nm)、小于约200nm、小于约100nm、小于约50nm、或甚至小于约20nm的至少一个区域或特性尺寸的结构。这类结构的实例包括纳米线、纳米棒、纳米管、分枝形纳米晶体、纳米四脚结构(nanotetrapod)、三脚结构(tripod)、两角结构(bipod)、纳米晶体、纳米点、纳米粒子等。纳米结构的材料性质可以基本上是均质的。但是，在其它实施例中，纳米结构也可以是异质的。纳米结构可以基本上是晶体(单晶体或多晶体)、非晶或其组合。纳米结构的其它特征可以具有微米或甚至毫米范围内的大小。一方面，纳米结构的至少一个尺寸的大小小于约500nm，例如小于约200nm、小于约100nm、小于约50nm或甚至小于约20nm。 

如本文所用的术语“功能涂层”是指用于改善能量转换的光学表面的涂层或层。