[发明专利]增加无机太阳能电池效率的激子能量转移

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2012年9月26日提交的美国临时申请号61/706,048的权益，所述申请的公开内容作为参考并入本文中。

联合研究协议

本申请的主题内容由大学-公司联合研究协议下的以下组织中的一个或多个、代表以下组织中的一个或多个、和/或与以下组织中的一个或多个一起做出：密西根大学(UniversityofMichigan)、南加州大学(UniversityofSouthernCalifornia)、全球光子能源公司(GlobalPhotonicEnergyCorporation)。所述协议在做出请求保护的发明当天和之前生效，并且请求保护的发明是在所述协议范围内进行的活动的结果。

技术领域

本公开内容大体上涉及诸如光伏器件的光电器件及其制造方法。

背景技术

光电器件依赖于材料的光学和电学性质以电子地产生或检测电磁辐射或由环境电磁辐射发电。

光敏光电器件将电磁辐射转化为电。太阳能电池，也称作光伏(PV)器件，是特定地用于生成电力的一种光敏光电器件。PV器件可能从除太阳光以外的光源生成电能，其可以用于驱动耗电负载以提供例如照明、加热，或用于给电子电路或器件如计算器、收音机、计算机或远程监测或通讯设备供电。这些发电应用还经常涉及电池或其他储能器件的充电，以使得当没有来自太阳或其他光源的直接照射时运行可能继续，或涉及根据特定的应用需求来均衡PV器件的功率输出。在本文中使用时，术语“电阻性负载”是指任何的功率消耗或存储电路、器件、设备或系统。

另一种光敏光电器件是光电导体电池。在这一功用中，信号检测电路监测器件的电阻以检测因光的吸收造成的变化。

另一种光敏光电器件是光检测器。在运行中，光检测器与电流检测电路一起使用，所述电流检测电路测定所述光检测器暴露于电磁辐射且可能具有施加的偏电压时生成的电流。如在本文中描述的检测电路能够向光检测器提供偏电压和测定所述光检测器对电磁辐射的电子响应。

可根据是否存在如下定义的整流结以及根据所述器件是否在亦称作偏压或偏电压的外加电压运行，对这三种光敏光电器件进行表征。光电导体电池没有整流结且通常在偏压下运行。PV器件具有至少一个整流结且在没有偏压下运行。光检测器具有至少一个整流结且通常但不总是在偏压下运行。作为基本规则，光伏电池向电路、器件或设备提供电力，但不提供信号或电流以控制检测电路或来自检测电路的信息输出。相反，光检测器或光电导体提供信号或电流，以控制检测电路或来自检测电路的信息输出，但是不向电路、器件或设备提供电力。

传统上，光敏光电器件由诸如晶体硅、多晶硅和无定形硅、砷化镓、碲化镉等的一些无机半导体构成。本文中，术语“半导体”是指当电荷载子被热或电磁激发所诱发时能够导电的材料。术语“光电导”一般涉及如下过程：其中电磁辐射能被吸收并由此转化为电荷载子的激发能，以使得载流子能够在材料中传导即运输电荷。本文中使用术语“光电导体”和“光电导材料”来指因其吸收电磁辐射以生成电荷载子的性质而被选择的半导体材料。

可以通过PV器件将入射太阳能转化为可用电力的效率来对其进行表征。利用晶体硅或无定形硅的器件在商业应用中占主导地位，而且一些已经实现了23％以上的效率。然而，由于在制造没有显著效率降级缺陷的大晶体时的固有问题，制造基于晶体的高效器件尤其是表面积大的器件是困难和昂贵的。另一方面，高效无定形硅器件仍遭受稳定性问题。目前的商购无定形硅电池具有4％-8％的稳定化效率。

PV器件可经过优化以在标准照明条件(即，标准测试条件，其为1000W/m2、AM1.5光谱照射)下实现最大电能产生，使光电流乘以光电压的乘积最大。标准照明条件下的这种电池的功率转化效率取决于以下三种参数：(1)零偏压下的电流即短路电流I_SC，以安培计，(2)开路条件下的光电压即开路电压V_OC，以伏特计，和(3)填充因数(fillfactor)，ff。