构造光敏装置的方法_3

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行额外的步骤,该步骤将具有疏水性的 材料层沉积在第二非光敏部分2的上表面上。这在采用稀土陶瓷的实施例中是有利的。也 可以使用堆积的疏水层,比如,传统的无机绝缘层和稀土陶瓷薄层,从而沉积更少的陶瓷。 也可以通过在光敏部分1的沉积以及退火之后,以及在ZnO层8沉积之前移植分子,来赋予 第二部分2的表面以疏水性。因此,例如诸如十八烷基三氯甲硅烷(0TS)或全氟十二烷基 三氯硅烷(PFTS)的聚合物,优选地移植在二氧化硅上,其可用作电绝缘器而形成第二部分 2,不用移植在金属触片5或ZnO上。
[0075] 如图2c所示,该方法包括将液体溶液施加到在此之前步骤中生成的装置的所有 上表面上的步骤。这种液体溶液比如可以是水,含有单体的溶液,或含有聚合物的溶液。这 种液体溶液的沉积有利地可通过喷洒、喷雾、浸渍或旋涂而完成。
[0076] 层8上表面和第二非光敏部分2上表面之间亲水性的反差,在之前步骤中形成的 装置的所有外露上表面上赋予液体溶液特殊的分布。液体溶液不会粘到疏水表面上,并倾 向于流掉而不形成液滴,而在层8的上表面上保持为液滴形式。液滴在层8上表面上的接 触角可以根据层8上表面的性能、液体溶液的性能以及周围环境的性能而改变。因此,可 以选择液体溶液和沉积条件,并以特定方式构造层8的上表面,从而获得所需形状的液滴。 所形成透镜的曲率半径因此是该方法中的可调整参数,该方法特别地可允许调整透镜的焦 距。比如,根据液体溶液施加期间所提供的材料数量,液滴可以呈穹顶形或球形的一部分。
[0077] 在一些应用中,可以通过施加电场而对形成在层8上表面上的液滴给予特定的形 状。
[0078] 有利地,选择液体溶液,使其具有与第一部分1起作用的波长范围兼容的光学性 能。该溶液在这个波长范围内透明是有利的。
[0079] 在液体溶液可以包含的物质之中,可以包括诸如光致抗蚀剂SU8的光敏树脂,其 在紫外辐射下聚合,并且在可见光谱下是透明的。
[0080] 为了固化层8上表面上的液滴形状,可以进行热处理步骤,如加热,或比如,针对 光致抗蚀剂,暴露到可固化树脂的辐射前。在光致抗蚀剂SU8的情况下,这就是紫外辐射。
[0081] 可替换地,在一个特别的实施例中,可以不让沉积在第一部分1上的液滴经历液 体-固体的转化。
[0082] 可以应用本领域技术人员所公知的用来控制以这种方式形成的透镜4形状和光 学性能的技术。因此可以调整液体溶液中所含单体或聚合物的成分,从而修改其粘度。也 可以连续数次浸渍透镜4,从而让其变得更厚。
[0083] 为了进一步优化光在第一光敏部分1上的聚光,可以结合上述安装有位于光电装 置上自对齐透镜的装置,使用位于所述透镜4正上方的第二聚光系统104,如图3所示。这 种第二聚光系统的对齐使用了本领域技术人员公知的对齐技术,比如可以是具有较大焦距 的透镜。这种第二聚光系统104可允许收集较大量的入射光。用于形成第一光敏部分1的 原材料的节省伴随有减少暴露于入射辐射的所述第一部分1的上表面。因此,提供第二聚 光系统104以补偿这种不足是有利的。
[0084] 构建第一光敏部分1正上方的亲水表面的可替换方法是可能的。这种方法由将宽 带隙氧化物沉积在第一部分1和第二部分2上而构成。沉积可以通过溅镀或化学蒸汽沉积 或一些其他方法而获得。在ZnO沉积之后或期间,基层比如浸渍在脂肪酸溶液中,以赋予整 个表面亲水性。这种脂肪酸的示例为硬脂酸。亲水区域的形成然后可以通过开发第一部分 1的导电特性以及第二部分2的电绝缘性而完成。通过放置在电解液中,比如K2S04的稀释 溶液中,并让正极电流通过第一部分1,然后该部分可以直接极化,位于第一部分1正上方 的ZnO的表面可以修改,且存在于表面上的脂肪酸可因为氧化电流的通过而被破坏。这在 第一部分1的正上方形成了自对齐的亲水区域,而第二部分2正上方的ZnO保持为疏水性。
[0085] 由此描述的方法可以应用于不同类型的光电装置。比如,可以让第一部分1为发 光半导体,比如LED,其具有将电流提供到第一部分1的电连接。该方法特别适于具有由宽 带隙氧化物组成的表面的LED,比如InGaN基二极管。使用上述方法构建的透镜不需要使所 述透镜与发光二极管对齐的任何步骤。透镜在立体角上分散出来自LED的光,这取决于透 镜的光学性能。
[0086] 另一种特别有利的应用涉及光敏装置,比如光电探测器或光伏电池。使用上述方 法减少了第一部分1的表面积,因此减少了生产成本,并从设置在第一部分1正上方的聚光 系统所提供的增加能量效率中得益。本发明消除了在第一光敏部分1上方对齐聚光系统的 费钱的步骤。
[0087] 在第一部分1是光伏电池的特定情况下,第一部分1可有利地为光吸收器。后者 比如可以由Cu(In,Ga)Se2的合金制成,用于薄膜微电池中。其他材料,优选地是形成光吸 收器的材料,其能够在其表面上接收氧化物的局部沉积,如CdTe,CZTS,非晶硅,或单晶硅都 与本方法相容。
[0088] 第一部分1为光伏电池的光吸收器的这个实施例提供了额外的优点。允许可 能性,对于与薄膜微电池相关的应用,该实施例能够消除在光吸收器顶部上沉积CdS和 ZnS "缓冲"层的步骤。这些缓冲层通常通过化学槽沉积而制造,这是一种非选择性的工艺, 涉及在整个基层上沉积Cd S层。也可以保留ZnS或CdS缓冲层,并通过电沉积将它们选择 性地沉积,从而保持了光伏电池外的区域的疏水性能。
[0089] 通过避免这些缓冲层的沉积或制造局部沉积,使用者节省了生产成本,并保持了 光伏电池外的区域也即第二非光敏部分2的天然疏水化学性能。
[0090] 还与在光伏应用中形成光吸收器的第一部分1有关,第一部分1的外围在第二部 分2的一部分上表面上包括金属电触片5,如图4a所示。这些外围的电触片5通常在聚光 光伏系统中使用,从而使得阻抗损失最小化。这些金属触片5有利地连接到电流收集装置。 然后可以开发这些金属触片的天然亲水性能来延伸表面,在喷洒液体溶液在亲水层8和第 二部分2上表面上的步骤期间,液体溶液的液滴洒在该表面上。与该工艺相关的这个步骤 如图4a,4b和4c所示。
[0091] 金属触片5可以选择性地处理,以调整它们的亲水性,比如利用聚合物来进行调 整。金属触片5的这种处理或功能化可以通过浸渍在选择的化学溶液中,比如硫醇而获得。 这种浸渍可增加金属触片5的亲水性,或相反地让其具有疏水性。亲水层8和金属触片然 后可以因为在电化学行为方面存在差异而不同。金属触片因此在限定亲水区域上提供了自 由度。
[0092] 金属触片5的沉积可以在处理的不同阶段进行。根据优选的实施例,,在第二部分 2中形成凹部之前通过沉积在第二部分2上来沉积金属触片,这些凹部用来容纳第一光敏 部分1。可替换地,金属触片5可以在第一部分1形成之后而亲水材料层8沉积之前沉积。 在这个实施例中,在ZnO层8沉积之时,有效的电接触形成在金属触片5和第一光敏部分1 之间。
[0093] 在第一部分1生产期间,为了在500°C和600°C之间的温度下热退火期间保护金属 触片5,可以利用比如氧化物或碳化物薄层来盖住金属触片5。
[0094] 如图4c所建议,可以使用外围金属触片5来大体上调整光伏电池吸收器上方形成 的透镜的尺寸。
[0095] 在图4c中示出的构造不包括在光伏电池吸收器上方形成的透镜下方的间隔层。 透镜所收集的光通过透镜的光功率聚集,透镜的表面积大于第一光敏部分1的表面积。这 样做的优点在于让透镜14收集较多量的光,大部分光聚焦在第一光敏部分1上。此外,周 围的金属区域5可以起作反射辐射的镜片,其然后可以在透镜中部分地反射,并聚焦在吸 收器1上。这限制了不包括吸收器1的那些区域中的光损失。
[0096] 如图5a和5b所示,可以在聚光系统14形成的步骤之后添加形成间隔6的额外步 骤。术语"间隔"被用于指垂直于基层的位于聚光系统14和第一光敏部分1之间的间距。 这个间隔6有利地通过沉积涂层而制造,该涂层均匀地并等厚地覆盖住透镜14以及第二非 光敏部分2。有利地,这个间隔6由具有基本上与透镜14相同折射率的材料组成。该间隔 6给出两个优点:一方面,加厚了聚光系统14,增大了暴露于入射辐射的面积;另一方面,将 透镜14与第一光敏部分1隔开距离。因此可以将显然较大数量光聚集在第一光敏部分1 上,增加了系统的光学效率。然而,限制这个间隔6的厚度是有利的,因为微透镜14的外形 不会保持在大的厚度。
[0097]与使用制造薄膜光伏电池的方法有关的另一个优点在于,其在制造第一部分1和 第二部分2期间可以具有额外的步骤。首先,可以先构造基层,如图6a和6b所示,图中只 存在有非光敏第二部分2。这个第二部分2通常由电绝缘器构成。第一部分1通过选择性 沉积,借由电沉积或油墨沉积而形成。这个实施例使用了较少的制造光吸收器所需的原材 料。
[0098] 通过在第一部分1之前沉积第二部分2,也可以提高第一部分1的沉积质量。实际 上,第一部分1的电沉积然后自然地在第二部分2外、容纳第一部分1的空间区域中发生生 生。在油墨基的沉积中,第二部分2的疏水性和这个部分的高度差有利于让接纳第一部分 1的空间中的油墨得以选择性地沉积。
[0099]自然,当光伏电池是薄膜电池的时候,有利的是提供形成后部触片的导电层7,其 在基层的上表面上形成。在基于铜、铟、镓和硒的电池(也被称为CIGS电池)的情况下,这 个层
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