[发明专利]使用外延剥离制备柔性光伏器件以及保持在外延生长中使用的生长基板的完整性的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年9月10日提交的美国临时申请No.61/241373、2009年9月10日提交的美国临时申请No.61/241374和2010年6月24日提交的美国临时申请No.61/358298的优先权。这三个申请的内容通过引用并入这里。

关于联邦政府资助的研究的声明

本发明是在美国政府的支持下利用美国军队研究实验室资助的资助编号W911NF-08-2-0004以及美国能源部资助的DE-SC0001013在美国政府的支持下完成的。政府享有本发明的特定权利。

共同研究协议

本公开的主题是由联合大学-公司研究协议的以下各方中的一方或多方：密西根大学和全球光能公司(Global Photonic Energy Corporation)做出、代表和/或关联，所述协议已在根据在协议的范围内进行的研究准备并且做出本公开的内容当日或之前生效。

技术领域

本公开一般地涉及通过使用外延层剥离制造诸如柔性光伏器件的光敏器件的方法。具体地，本公开涉及用于通过外延生长制备柔性光伏器件和保持生长基板的完整性以便于重新使用的方法。

背景技术

光电子器件依赖于材料的光学和电子性质以电子地生产或检测电磁辐射或者从环境电磁辐射产生电力。

光敏光电子器件将电磁辐射转换为电力。也称为光伏(PV)器件的太阳能电池是光敏光电子器件的一种，其特别用于产生电力。可以从除了太阳光之外的光源产生电力的PV器件能够用于驱动耗能负载以提供例如发光、发热或者给诸如计算器、收音机、计算机或远程监测或通信设备的电子电路或器件供电。这些发电应用还常常涉及电池或其它能量存储器件的充电，从而当来自太阳或其它光源的直接照射不可用时可以继续操作，或者平衡PV器件的功率输出与特定应用的要求。如这里所使用的，术语“电阻性负载”指任何耗能或储能电路、器件、设备或系统。

另一类型的光敏光电子器件是光电导电池。在该功能中，信号检测电路监测器件的电阻以检测由于光的吸收导致的变化。

另一类型的光敏光电子器件是光检测器。在操作中，光检测器与电流检测电路结合使用并且可以具有施加的偏置电压，该电流检测电路测量当光检测器暴露于电磁辐射时产生的电流。这里所述的检测电路能够将偏执电路提供到光检测器并且测量光检测器对于电磁辐射的电子响应。

这三类光敏光电子器件可以根据是否存在如下面定义的整流结来区分并且还可以根据器件是否利用也已知为偏压或偏置电压的外部施加的电压来进行操作而区分。光电导电池不具有整流结并且通常利用偏压来进行操作。PV器件具有至少一个整流结并且不利用偏压来进行操作。光检测器具有至少一个整流结并且通常但是并不是总是利用偏压来进行操作。作为一般的规则，光伏电池将电力提供给电路、器件或设备，但是没有提供信号或电流来控制检测电路，或者来自检测电路的信息的输出。相反，光检测器或者光电导提供了信号或电流来控制检测电路，或者来自检测电路的信息的输出，但是没有将电力提供给电路、器件或设备。

传统上，光敏光电子器件已经由例如晶体、多晶和不定形硅、砷化镓、碲化镉等等的多种无机半导体构成。这里，术语“半导体”表示当由于热或电磁激发引起电荷载流子时能够导电的材料。术语“光电导”通常指其中电磁辐射能量被吸收并且从而被转换为电荷载流子的激发能量使得载流子能够导电，即在材料中输运电荷的过程。在这里使用术语“光电导”和“光电导材料”涉及由于其吸收电磁辐射的性质而被选择来产生电荷载流子的半导体材料。

PV器件可以由它们能够将入射的太阳功率转换为有用的电功率的效率来表征。利用晶体或不定形硅的器件在商业应用中占主要地位，并且一些已经实现了23％或更大的效率。然而，高效的基于晶体的器件，特别是具有大的表面面积的，是难以生产并且成本昂贵，这是由于在生产没有显著的效率劣化缺陷的大的晶体时固有的问题到所导致的。另一方面，高效率不定形硅器件仍困扰于稳定性方面的问题。现在市场上可用的不定形硅电池具有4到8％的稳定效率。

PV器件可以被优化以在标准照明条件(即，1000W/m²，AM1.5谱照度的标准测试条件)下实现最大的电功率产生，以及最大化光电流与光电压的乘积。标准照明条件下的这样的电池的功率转换效率取决于下述三个参数：(1)零偏压下的电流，即以安培为单位的短路电流I_SC；(2)开路条件下的光电压，即以伏特为单位的开路电压V_OC；以及(3)填充因子ff。