用于光伏和光检测器应用的光捕获架构的制作方法
【专利摘要】公开了一种光伏器件结构，其捕获被允许进入的光并且使光通过所包含的光敏材料而再循环该光以最大化光吸收。例如，公开了一种光敏光电子器件，包括：包括热塑性树脂的第一反射层；大致平行于第一反射层的第二反射层；在第一反射层和第二反射层中的至少一个上的第一透明电极层；以及与第一电极相邻的光敏区域，其中，第一透明电极层大致平行于第一反射层并且与光敏区域相邻，并且其中，该器件具有横向于反射层的平面的外部面，其中，外部面具有允许入射辐射进入器件的内部的孔径。
【专利说明】用于光伏和光检测器应用的光捕获架构
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2011年4月18日提交的美国临时申请N0.61/476，683的权益，该美国临时申请以其整体通过引用并入本文。
[0003]关于联邦资助研究的声明
[0004]本发明是在空军科学研究办公室(Air Force Office of Scientific Research)授予的合同N0.FA9550-07-1-0364以及由能源部(Department of Energy)授予的DE-FG36-08G018022下，利用美国政府支持完成的。在本发明中，政府具有特定的权力。
[0005]联合研究协议
[0006]所要求保护的发明由联合的大学-公司研究协议的下列一方或多方来完成、代表和/或联合完成:密歇根大学(University of Michiga)和全球光子能量公司(GlobalPhotonic Energy Corporation)。在本发明完成的日期时和该日期之前,该协议有效,并且由于在该协议范围内采取的活动而完成所要求保护的发明。
【技术领域】
[0007]本公开一般涉及具有用以提高光捕获性质并减小跨大频谱范围的损耗的结构设计的薄膜光伏器件(PV)，诸如太阳能电池。本公开还涉及用于制造这样的光伏器件的低成本制作过程。
【背景技术】
[0008]光电子器件依赖于材料的光性质和电子性质，以电子地产生或检测电磁辐射或从环境电磁福射产生电。
[0009]光敏光电子器件将电磁辐射转换成电。太阳能电池，也称作光伏(PV)器件，是一种专用于产生电力的光敏光电子器件。可以从除太阳之外的光源来产生电能的PV器件能够被用来驱动功耗负载以提供例如照明、加热、或对电子电路或诸如计算器、收音机、计算机、或者远程监测或通信设备供电。这些发电应用还常常涉及对电池或其它能量存储器件充电，使得当来自太阳或其它光源的直接照射不可用时，操作可以继续，或用以使具有特殊应用要求的PV器件的功率输出平衡。如本文中所使用的术语“电阻性负载”是指任意功耗或存储电路、器件、设备或系统。
[0010]另一种类型的光敏光电子器件是光电导体电池。在该功能中，信号检测电路监测器件的电阻以检测由于光吸收而发生的变化。
[0011]另一种类型的光敏光电子器件是光检测器。在操作中，光检测器被与测量在将光检测器暴露于电磁辐射时所产生的电流的电流检测电路结合地使用，并且可以具有所施加的偏置电压。如本文所描述的检测电路能够向光检测器提供偏压并且测量光检测器到电磁辐射的电子响应。
[0012]这三个类别的光敏光电子器件可以根据如下文所限定的整流结是否存在以及还根据是否利用外部施加电压，也称为偏压或偏置电压来操作器件而被特征化。光电导体电池不具有整流结并且通常利用偏压操作。PV器件具有至少一个整流洁并且不利用偏压被操作。光检测器具有至少一个整流结，并且通常但并不总是利用偏压来操作。作为一般原则，光伏电池向电路、器件或设备提供电力，但是不提供用以控制检测电路的信号或电流，或来自检测电路的信息的输出。相反，光检测器或光电导体提供用以控制检测电路的信号或电流，或来自检测电路的信息的输出，但是不向电路、器件或设备提供电力。[0013]传统上，光敏光电子器件已经由多种无机半导体构成，例如，晶体硅、多晶硅和无定形硅、砷化镓、碲化镉等。在本文中，术语“半导体”表示当电荷载流子由热激发或电磁激发感应电荷载流子时能够导电的材料。术语“光电导”通常表示电磁辐射能被吸收并且由此被转换成电荷载流子的激发能，使得载流子能够在材料中传导电荷，即传输电荷的过程。在本文中使用术语“光电导体”和“光电导材料”来指因为它们吸收电磁辐射以生成电荷载流子的性质而被选择的半导体材料。
[0014]PV器件可以由它们能够将入射的太阳能转换成有用的电能的效率而被特征化。利用晶体硅或无定形硅的器件在商业化应用中占优势，并且一些已经实现23%或更大的效率。然而，由于在无显著效率下降缺陷的情况下生产大晶体上固有的问题，所以生产有效的、尤其是大表面面积的晶体基器件是困难且昂贵的。另一方面，高效率无定形硅器件仍然遭受稳定性的问题。目前的可商购的无定形硅电池具有在4%与8%之间的稳定的效率。更多最近的努力已经聚能在使用有机光伏电池来以经济的生产成本实现可接受的光伏转换效率上。
[0015]为在标准照射条件(B卩，1000W/m2，AML 5频谱照射的标准测试条件)下的最大发电，为了光电流乘以光电压的最大乘积，PV器件可以被最优化。这样的电池在标准照射条件下的功率转换效率取决于下列三个参数:(I)在零偏压下的电流，即，短路电流Is。，以安培单位(2)开路条件下的光电压，即，开路电压\c,以伏特单位，以及(3)填充系统，--。
[0016]当PV器件跨负载连接并且由光照射时，PV器件产生光生电流。当在无限负载下被照射时，PV器件生成其最大可能的电压，或vre。当在其电气接触短路的情况下被照射时，PV器件生成其最大最可能的电流，Isk，或Isc。当实际上被用来发电时，PV器件连接到有限的电阻性负载，并且功率输出由电压与电流的乘积IXV给出。由PV器件产生的最大总功率固有地不能超过乘积，Isexvre。当负载值为了最大功率提取而被优化时，电流和电压分别具有值Imax和Vmax。
[0017]PV器件的品质因数是填充系数，ff，其被限定为:
[0018]ff= (Ifflax VfflaJ/{Isc V0J (I)
[0019]其中，因为Is。和V。。在实际使用中从来不被同时获得，所以ff总是小于I。尽管如此，随着ff接近1，器件具有较小的串联电阻或内电阻，并且因此在最佳条件下将Isc和Voc的乘积的更大百分比递送到负载。在Pin。是入射在器件上的功率的情况下，器件的功率效率，Yp，可以由下式计算:
[0020]Y P=f f* (Isc*V0C)/Pinc
[0021]当适当的能量的电磁辐射入射在例如有机分子晶体(OMC)材料或聚合物的半导体有机材料上时，光子能够被吸收以产生激发的分子态。这被象征性地表示为SfhvWS#。这里，S0和Stl*分别指基态和激发分子态。该能量吸收与电子从可以是B-键合的、HOMO能级中的束缚态到可以是B*-键合的LUMO能级的提升(promotion)相关联,或相当于,空穴从LUMO能级提升到HOMO能级。在有机薄膜光导体中，产生的分子态大体被认为是激子，即，作为准粒子被传输的在束缚态下的电子-空穴对。激子在成对再结合之前能够具有可估计的寿命，成对再结合是指原生电子和空穴彼此再结合而不是与来自其它对的空穴或电子的再结合的过程。为了产生光电流，电子空穴对通常在两个不同的接触有机薄膜之间的施主-受主界面处变得分开。如果电荷不分开，则它们能够在成对再结合过程，也称为猝灭(quenching)中通过发射比入射光低的能量的光而辐射地再结合，或通过产生热量而非辐射地再结合。这些结果中的任一种在光敏光电子器件中是不期望的。
[0022]在接触处的电场或不均匀性可能导致激子猝灭而非在施主-受主界面处分裂，导致对电流无净贡献。因此，期望保持光生激子远离接触。这具有限制激子扩散到靠近结的区域的效果，使得相关联的电场具有增加的机会以分开由靠近结的激子的分裂而摆脱束缚的电荷载流子。
[0023]为了产生占据大体积的内部产生的电场，通常方法是将具有适当选择的导电性质、尤其是相对于它们的分子量子能态的分布而言的两层材料并置。这两种材料的界面被称为光伏异质结。在传统的半导体理论中，用于形成PV异质结的材料已经被表示为通常为η型或P型。这里，η型表示多数载流子类型是电子。这能够被视为具有许多在相对自由能态下的电子的材料。P型表示多数载流子类型是空穴。这样的材料具有许多在相对自由能态下的空穴。基底(background)的类型，即非光生的多数载流子浓度主要取决于由缺陷或杂质的意外掺杂。杂质的类型和浓度决定在被称为H0M0-LUM0间隙的、在最高占据分子轨道(HOMO)能级与最低未占据分子轨道(LUMO)能级之间的间隙内的费米能量或能级的值。费米能量的特征在于由占据可能性等于1/2的能量值表示的分子量子能态的统计占据。接近LUMO能级的费米能量指示电子是主要载流子。接近HOMO能级的费米能量指示空穴是主要载流子。因此，费米能量是传统半导体的主要特征化性质，并且原型PV异质结在传统上已经是p-n界面。
[0024]术语“整流”特别表示界面具有不对称传导的特性，即界面支持优选在一个方向上的电子电荷传输。整流通常与在适当地选择的材料之间的异质结处发生的内建电场相关联。
[0025]如本文中所使用的，并且如将由本领域的技术人员一般理解的，如果第一能级较接近真空能级，则第一“最高占据分子轨道”(HOMO)或“最低未占据分子轨道”(LUMO)能级“大于”或“高于”第二 Η0Μ0或LUMO能级。由于电离势(IP)被测量为与真空度相关的负能量，所以较高Η0Μ0能级对应于具有较小绝对值的IP (是较小负值的IP)。类似地，较高的LUMO能级对应于具有较小绝对值的电子亲合势(EA)(是较小负值的EA)。在真空级在顶部处的常规能级图上，材料的LUMO能级高于相同的材料的Η0Μ0能级。与“较低的”Η0Μ0或LUMO能级相比，“较高的” Η0Μ0或LUMO能级在更接近这样的图示顶部处出现。
[0026]在有机材料的背景下，术语“施主”和“受主”是指两种接触但不同的有机材料的Η0Μ0能级和LUMO能级的相对位置。这与这些术语在无机背景中的使用是相反的，在无机背景中“施主”和“受主”分别可以指可以被用来产生无机η型层和P型层的掺杂物的类型。在有机背景下，如果与另一种材料相接触的一种材料的LUMO能级是较低的，则该一种材料是受主。反之，它是施主。在缺少外部偏压时，让在施主-受主结处的电子移入到受主材料中并且让空穴移入到施主材料中在能量上是有利的。[0027]有机半导体中的显著性质是载流子迁移率。迁移率度量电荷载流子能够响应于电场而移动通过导电材料的容易度。在有机光敏器件的背景下，包括由于高电子迁移率而优选地通过电子导电的材料的层可以被称为电子传输层或ETL。包括由于高空穴迁移率而优选地通过空穴导电的材料的层可以被称为空穴传输层或HTL。优选地，但是不是必然地，受主材料是ETL，并且施主材料是HTL。
[0028]常规无机半导体PV电池采用p-n结来建立内场。诸如由Tang, Appl.PhysLett.48，183 (1986)报告的早期有机薄膜电池包含类似于在常规无机PV电池中采用的异质结的异质结。然而，现在认识到的是，除了建立P-n型结之外，异质结的能级偏移也起到重要的作用。
[0029]由于在有机材料中的光生过程的基本属性，所以在有机D-A异质结处的能级偏移被认为对有机PV器件的操作是重要的。在有机材料的光激发之后，生成局部化的弗仑克尔(Frenkel)激子或电荷转移激子。为了出现电检测或电流产生，结合激子必须被分裂成它们的构成电子和空穴。这样的过程能够由内建电场感应，但是通常在有机器件中发现的在电场(F~106V/cm)处的效率是低的。有机材料中最有效的激子分裂在施主-受主(D-A)界面处发生。在这样的界面处，具有低电离势的施主材料与具有高电子亲合性的受主材料形成异质结。取决于施主材料和受主材料的能级的排列，激子的分裂在这样的界面处能够变得在能量上有利，导致受主材料中的自由电子极化和施主材料中的自由空穴极化。
[0030]当与传统的硅基器件相比时，有机PV电池具有许多潜在优势。有机PV电池是轻重量的，材料使用上经济，并且能够被沉积在诸如软塑料箔的低成本衬底上。然而，有机PV器件通常具有为大约1%或更小量级的相对低的量子产率(吸收的光子与产生的载流子对的比率，或电磁辐射与电转换效率的比率)。这部分地被认为是由于本征光电导过程的二阶属性。也就是，载流子生成需要激子生成、扩散和电离或收集。存在与这些过程中的每一个相关联的效率。下标可以被使用如下:p指功率效率，EXT指外量子效率，A指光子吸收，ED指扩散，CC指收集，并且INT指内量子效率。使用该符号: [0031]Yp ~Y EXT= Y A* Y ED* Y cc
[0032]Y EXT- Y a* Y iNT
[0033]激子的扩散长度(Ld)比光吸收长度(~500 )通常更少(Ld~50 )，在使用具有多个或高度折叠的界面的厚的并且因此有电阻性的电池或具有低光吸收效率的薄电池之间需要权衡。
[0034]在通过同质吸收介质的电磁辐射的入射通量的强度上的下降大体由I=It^ax给定，其中，Itl是在初始位置(X-O)处的强度，α是吸收常数，并且X是离χ=0处的深度。因此，随着，通过介质的流量增加，强度指数地减小。因此，利用更大厚度的吸收性介质或如果能够增加吸收常数，则更多的光被吸收。一般地，给定的光电导介质的吸收常数是不可调节的。对于某些光电导材料，例如，3，4, 9, 10-庇四羧基-双-苯并咪唑(perylenetetracarboxyIic-bis-benzimidazole:PTCBI )、或铜酞菁(CuPc),由于高体电阻率,所以非常厚的层是不期望的。
[0035]通过适当地使光通过光电导材料的给定的薄膜重新反射或再循环几次，通过给定的光电导材料的光路径能够被大量增加，而不招致大量增加的体电阻。需要有效地允许电磁能量被收集并且被递送到包含光电导材料的腔同时还限制到腔的递送流量，使得它能够被吸收的解决方案。
[0036]一直在寻找使得太阳能可以与目前更便宜的化石燃料竞争的用于光生电力的比较便宜且更加有效的器件。由于潜在成本节省，已经寻求诸如CuPc和PTCBI的有机光导体作为用于有机光伏器件(OPV)的材料。以上提到的高体电阻率使得期望利用这些材料的相对薄的膜。然而，使用非常薄的有机光敏层呈现生产有效的器件的其它障碍。如上文所解释的，非常薄的光敏层吸收一小部分入射辐射，因此保持低的外量子效率。
[0037]另一个问题是，非常薄的膜更易经受诸如电极材料的侵入弓I起的短路的缺陷。通过引用并入本文的美国专利N0.6，333，458描述了合并一个或多个激子阻挡层的光敏异质结构，这解决了与非常薄的膜OPV有关的问题中的一些。然而，需要其它解决方案来解决非常薄的膜的低光吸收的问题，无论膜是有机光导体还是无机光导体。
[0038]对如被称为温斯顿收集器(Winston collector)的光学聚能器(opticalconcentrator)的使用在太阳能转换领域是常见的。这样的聚能器已经主要在期望高热梯度的热太阳能收集器件中被使用。在较小的程度上，它们已经与光伏太阳能转换器件一起使用。然而，认为这样的应用已经针对预期在光初始入射在有源光电导介质上时出现光吸收的器件。如果使用非常薄的光电导体层，则很可能的是聚能的辐射中的许多将不会被吸收。其可以被反射回到器件环境中，由衬底吸收或如果衬底是透明的则仅经过衬底。因此，单独使用聚能器不能解决由薄的光电导层引起的低光吸收的问题。用于辐射检测的光学聚能器也已经被用于利用光电倍增器(“PM”)管的契伦科夫(Cerenkov)或其它辐射的检测。PM管以与诸如本发明的OPV的固态检测器完全不同的原理，即光电效应工作。在PM管中，在光吸收介质，即金属电极中的低光吸收不是一种担忧，但是PM管要求不像本文公开的OPV那样的高操作电压。
[0039]光聚焦和捕获对于提高薄膜光伏太阳能电池和光检测器的性能而言是重要的途径。然而，在这样的方案中通常使用的反射镜利用诸如银或金的金属，这由于反射镜的光谱吸收会导致入射光子的显著的消耗。因此，提供在具有跨大频谱范围的减小损耗的薄膜光伏太阳能电池或光检测器中增加光捕获的结构将是有利的。
[0040]图1描绘示例性非成像聚能器的横截面剖面。该横截面适用于诸如截顶抛物面(truncated paraboloid)的锥形聚能器和槽形形状聚能器(trough-shapedconcentrator)两者。关于锥形形状,器件收集进入直径dl在±8max (半接受角)内的圆形入射开口的辐射并且将辐射以可以忽略的损耗引导至直径d2的较小的出射开口，并且能够接近所谓的热力学极限。该限制对于给定的角视场而言是最大允许浓度。使图1的横截面在东西方向上与其y轴对齐的槽形形状聚能器具有非常适合于太阳运动的接受视场并且在无需日间跟踪的情况下实现中等浓度。在槽端部处的垂直反射壁能够有效地弥补阴影和端部损耗。锥形聚能器提供比槽形形状聚能器更高的浓度但是由于较小的接受角所以需要日间太阳跟踪。参见 W.T.Welford 和 R.Winston 的 High Collection NonimagingOptics (高收集非成像光学器件),第172-175页，Academic Press, 1989年,其通过引用并入本文。
【发明内容】
[0041]鉴于前述，公开了一种光伏器件结构，其捕获被允许进入的光并且使光通过所包含的光敏材料再循环以最大化光吸收。可以使这些器件结构适合于与光学聚能器组合使用。
[0042]还公开了一种用于捕获入射光并且将其转换成电能的高效率光转换结构，其可选地包括光学聚能器以增加光的收集。根据本公开能够使用的光学聚能器的非限制性示例包括锥形抛物线光学聚能器以及槽形形状的抛物线光学聚能器。
[0043]在一个实施例中，公开了一种高效率光转换结构，其中允许入射光大体垂直于光敏材料层的平面进入。在另一个实施例中，公开了一种高效率光转换结构，其中允许入射光大体平行于光敏材料层的平面进入。
[0044]除以上论述的主题之外，本公开包括诸如在下文中所解释的特征的多个其它示例性特征。应理解的是，前述描述和下列描述两者都仅是示例性的。
【专利附图】
【附图说明】
[0045]图1描绘利用(a)金属反射镜和(b)温斯顿收集器的光捕获。
[0046]图2表示使用传统金属反射镜的角度依赖性。
[0047]图3表示使用与本发明的实施例一致的反射器的角度依赖性。
[0048]图4示出使用与本发明的实施例一致的反射器的反射率对厚度。
[0049]图5是与本发明的实施例一致的光敏光电子器件的架构表征，包括(a) —个Spectralon反射器和一个金属反射镜；以及(b)两个Spectralon反射器。
[0050]图6示出使用如图5所描绘的spectralon反射器在吸收上的提高，示出用于大面积捕获的光收集器的阵列并且包括作为选项的温斯顿收集器。
[0051]图7示出用于大面积捕获的光收集器的阵列，所述光收集器，包括作为选项的温斯顿收集器。
[0052]图8是根据本发明的一个实施例的微蜂窝反射片的图形表征。
[0053]图9 (a)示出图8中的微蜂窝反射片的总反射率，而图9 (b)示出图8中的微蜂窝反射片的漫反射率。
【具体实施方式】
[0054]在图1中，描绘了能够对应于两种不同的器件结构的横截面图。两种结构允许光被引入到包含光敏层的反射腔或波导管中，使得光最初在大体垂直于光敏层的平面的方向上入射。结果，该类型的结构在本文中大体被称为“垂直类型结构”。
[0055]因此，从这些实施例的顶部入射的光进入到一个或多个聚能器结构(锥形)或(槽形形状)。被允许进入到各聚能器的光然后被反射到孔径(aperture)或顶部反射层。为了与锥形聚能器一起使用，孔径是大体圆形形状的开口，并且为了与槽形形状聚能器一起使用，孔径是大体矩形形状的开口。由于底表层是反射性的，顶表面可以是非反射性的和/或可选地涂覆有例如保护层以提高耐候性。例如钝化的氧化物或聚合物涂层可以是适当的保护性涂层。在经过孔径之后，被允许进入的辐射被捕获在形成于顶层与底反射层之间的波导管结构中。两层之间的空间由包括诸如下列美国专利N0.6，352，777 ；N0.6, 297, 495 ；N0.6，278，055 ；N0.6，198，092 ；N0.6，198，091 ；以及 N0.6，333，458 中所公开的类型的薄膜光伏器件的一些层占据，所有这些美国专利以其整体通过弓I用并入本文。[0056]图1提供了具有光学聚能器几何结构的薄膜PV电池的示例性实施例。在顶层下面的是例如玻璃或塑料的透明的绝缘层，光被允许通过该透明的绝缘层而通过聚焦孔径进入并且最初横贯该透明的绝缘层。在其初始经过之后，光然后横贯例如简并掺杂的(degenerately doped)氧化铟锡(ΙΤ0)的透明电极，以及通过一个或多个有源层(activelayer)。这样的有源层的非限制性示例包括一个或多个整流结或用于光能到电能的有效转换的激子阻挡层。在该初始经过中未被吸收的任何光被反射回而通过有源层、透明电极、以及透明绝缘层，从而被顶层反射，以再次重复循环直至光被完全吸收为止。
[0057]顶层和/或底层可以包括本领域已知的类型的金属材料或电介质堆叠。底层可以是还能够用作下电极的诸如银或铝的金属膜。替代地，下电极能够在结合反射金属膜的诸如简并掺杂的ITO的透明导电材料的整体或其一部分中，反射金属膜继而能够可选地被沉积在诸如玻璃、金属或塑料的衬底上。图1描绘两条典型的入射光线。本领域的那些普通技术人员将意识到，存在用于入射辐射的许多其它可能的轨迹，并且所描述的光线仅用于图示。
[0058]捕获被允许进入的光直至它被吸收的过程提高光转换的效率，并且该过程可以被称为“光再循环”或“光子再循环”。被设计成将光捕获在其内的结构可以大体被称为“波导结构”、或还有“光学腔”、或“反射腔”。在这样的光学腔或波导结构内的可能的光再循环在利用相对高电阻有机光敏材料中会是有利的，因为可以使用更薄的光敏层而不牺牲转换效率。
[0059]图2示出与诸如Ag反射镜的金属反射镜相关联的角度依赖性。
[0060]与图2相反，图3示出根据本发明利用Spectralon反射器基本无角度依赖性。
[0061]图4示出根据本发明的根据Spectralon反射器的厚度的反射率。
[0062]图5是在利用I个反射器和I个金属反射镜(5a)与不存在金属反射镜的2个反射器(5b)相比在光捕获和/或散射上的差异的表征。如所示出的，因为几乎不存在来自Spectralon反射器的镜面反射,并且存在仅漫散射,所以光捕获在包括2个Spectralon反射器的图5b中所示的实施例中是更加有效的。
[0063]关于图5所示的实施例,顶层包括透明绝缘层,诸如例如spectralon反射器。通过聚焦孔径被允许进入的光最初横贯例如位于顶层下方的玻璃或塑料的透明绝缘层。光最初还横贯例如简并掺杂的铟氧化锡(ITO)的透明电极，以及一个或多个有源层。
[0064]一个或多个有源层的非限制性示例包括一个或多个整流结或用于光能到电能的有效转换的激子阻挡层。在该经过中未被吸收的任何光被反射回而通过有源层、透明电极、以及透明绝缘层，从而被顶层反射，以再次重复循环直至光被完全吸收为止。顶层和/或底层可以包括树脂金属材料或热塑性树脂。底层可以是还能够用作下电极的诸如银或铝或热塑性树脂的金属膜。
[0065]替代地，下电极能够在结合反射金属膜的诸如简并掺杂的ITO的透明导电材料的整体或其一部分中，反射金属膜继而能够可选地被沉积在诸如玻璃、金属或塑料的衬底上。图5描绘两个光敏光电子器件包括具有金属膜、或热塑性树脂或两者的顶层和/或底层。
[0066]在一个实施例中，图5中所描绘的、包括从热塑性树脂选择的顶层和底层两者的光敏光电子器件示出几乎无光的镜面反射而是仅漫散射。
[0067]在图6中，提供了对使用如图5中所描绘的spectralon反射器而提高吸收的描述。
[0068]图7示出包括用于大面积捕获的光收集器的阵列的实施例。该实施例能够包括作为选项的温斯顿收集器。
[0069]图8是在本发明的一个实施例中使用的微蜂窝反射片的SEM显微照相。该材料包括表1所示的下列特性。
[0070]表1
[0071]
【权利要求】
1.一种光敏光电子器件，包括: -第一反射层，所述第一反射层包括热塑性树脂； -第二反射层，所述第二反射层大致平行于所述第一反射层； -第一透明电极层，所述第一透明电极层在所述第一和第二反射层中的至少一个上；以及 -光敏区域，所述光敏区域与所述第一电极相邻， 其中，所述第一透明电极层大致平行于所述第一反射层并且与所述光敏区域相邻，以及 其中，所述器件具有横向于所述反射层的平面的外部面，其中，所述外部面具有允许入射辐射进 入所述器件的内部的孔径。
2.根据权利要求1所述的器件，进一步包括第二透明电极层，其中，所述第一透明电极层与所述第一反射层相邻，并且所述第二透明电极层大致平行于所述第一反射层并且在与所述第一电极相反的空间中与所述光敏区域相邻。
3.根据权利要求2所述的器件，其中，所述第一透明电极层和所述第二透明电极层各自独立地包括导电氧化物、导电碳纳米管、导电聚合物、或其混合物。
4.根据权利要求1所述的器件，其中，所述第一反射层和第二反射层的厚度独立地在从Imm到IOmm的范围变化。
5.根据权利要求4所述的器件，其中，所述第一反射层和第二反射层的厚度独立地在从4mm到6mm的范围变化。
6.根据权利要求1所述的器件，其中，所述第一反射层的热塑性树脂包括氟聚合物树脂。
7.根据权利要求6所述的器件，其中，所述氟聚合物树脂包括聚四氟乙烯。
8.根据权利要求1所述的器件，其中，所述孔径具有大致圆形形状、多边形形状、或矩形形状。
9.根据权利要求1所述的器件，其中，所述第一和第二反射层是大致平面的。
10.根据权利要求1所述的器件，其中，所述第二反射层包括金属或热塑性树脂。
11.根据权利要求10所述的器件，其中，所述第二反射层的热塑性树脂包括氟聚合物树脂。
12.根据权利要求11所述的器件，其中，所述氟聚合物树脂包括聚四氟乙烯。
13.根据权利要求1所述的器件，进一步包括具有入射开口和出射开口的光学聚能器，其中，所述出射开口附接到所述孔径。
14.根据权利要求13所述的器件，其中，所述光学聚能器在所述入射开口与所述出射开口之间具有大致抛物面地倾斜的侧面。
15.根据权利要求13所述的器件，其中，所述光学聚能器在所述入射开口与所述出射开口之间具有大致锥形形状。
16.根据权利要求13所述的器件，其中，所述光学聚能器具有截顶抛物面形状或槽形形状。
17.根据权利要求13所述的器件，其中，所述光学聚能器具有总体地接近锥形形状的、包括多个平面区域的内表面。
18.根据权利要求13所述的器件，其中，所述光学聚能器具有总体地接近槽形形状的、包括多个平面区域的内表面。
19.根据权利要求1所述的器件，其中，所述光敏区域包括有机材料。
20.根据权利要求19所述的器件，进一步包括被设置成与所述第一电极层相邻的激子阻挡层。
21.根据权利要求20所述的器件，进一步包括激子阻挡层和第二电极层，其中，所述激子阻挡层被设置成与所述第一电极层和所述电二电极层以及第一反射层相邻。
22.根据权利要求20所述的器件，其中，所述光敏区域包括与电子传输层相邻的空穴传输层。
23.根据权利要求22所述的器件，其中，所述空穴传输层包括CuPc，并且所述电子传输层包括PTCBI或C60。
24.根据权利要求21所述的器件，进一步包括被设置在所述第一电极层和所述第二电极以及所述第一反射层中的一个与所述电子传输层之间的激子阻挡层，其中，所述第二电极和所述第一反射层是阴极。
25.根据权利要求24所述的器件，其中，所述激子阻挡层包括2，9-二甲基-4，7-联苯-1，10-邻二氮杂菲、浴铜灵、或乙酰丙酮钌(III)。
26.根据权利要求1所述的器件，其中，所述光敏区域是堆叠有机光敏光电子器件。
27.根据权利要求1所述的器件，其中，所述光敏区域包括无机光敏材料。
28.根据权利要求1所述的器件，其中，所述光敏区域是硅基光伏结构。
29.—种对齐的光收集器的阵列，包括彼此相邻的对齐的两个或更多个根据权利要求1所述的器件。
30.一种光敏光电子器件，包括: -第一反射层，所述第一反射层包括热塑性树脂； -透明第一电极层，所述透明第一电极层任选地包括导电氧化物或导电聚合物，所述第一电极层与所述第一反射层相邻； -光敏区域，所述光敏区域与所述第一电极相邻； -第二透明电极，所述第二透明电极任选地包括导电氧化物或导电聚合物，所述第二透明电极大致平行于所述第一反射层并且与所述第一电极空间相反地与所述光敏区域相邻；以及 -第二反射层，所述第二反射层包括热塑性树脂，大致平行于所述第一反射层并且与所述第一电极和光敏区域空间相反地与所述第二电极相邻， 其中，所述器件具有横向于所述反射层的平面的外部面，其中，所述外部面具有允许入射辐射进入所述器件的内部的孔径。
31.根据权利要求30所述的器件，其中，所述第一或第二反射层中的至少一个的热塑性树脂包括氟聚合物树脂。
32.根据权利要求31所述的器件，其中，所述氟聚合物树脂包括聚四氟乙烯。
33.根据权利要求30所述的器件，其中，所述第一或第二反射层中的至少一个的热塑性树脂还包括涂覆于其上或掺杂于其中的硫酸钡。
34.根据权利要求30所述的器件，其中，所述导电氧化物选自氧化铟锡(ITO)、氧化锡(TO)、氧化镓铟锡(GITO)、氧化锌(Z0)、和氧化锌铟锡(ZITO)，并且所述透明导电聚合物包括聚苯胺(PANI)。
35.一种对齐的光收集器的阵列，包括彼此相邻的对齐的两个或更多个根据权利要求30所述的器件。
【文档编号】G02B5/02GK103650193SQ201180070288
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2011年5月3日 优先权日:2011年4月18日
【发明者】史蒂芬·R·福里斯特, 理查德·R·伦特, 迈克尔·斯洛特斯基 申请人:密歇根大学董事会, 斯蒂芬·R·福里斯特