[发明专利]具有中间光学滤波器的机械堆叠串列光伏电池

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年2月27日提交的美国临时申请No.62/126,326的优先权，其公开内容在此通过引用以其整体并入。

本发明由美国能源部(EERE)按Award#DE-EE0006708以及美国NanoFlex Power公司共同资助。

技术领域

本公开涉及多结光伏器件及其制造方法，更具体地说，涉及用于太阳能电池的多结光伏器件。

背景技术

多结光伏电池通过增加能够被光伏电池吸收的太阳光谱的波长而提供超过单结太阳能电池的性能，并且也最小化与吸收比光活性材料的带隙能量更大的光子相关联的热化损失。太阳能电池应覆盖近红外太阳光谱，以便使常规多结有机太阳能电池的性能最大化。然而，许多光活性材料——诸如有机化合物在近红外太阳光谱中没有有效率地吸收和产生电能。如Chuang等人在“通过能带对准设计提高量子点太阳能电池的性能和稳定性”(“Improved performance and stability in quantum dot solar cells through band alignment engineering.”(Chia-Hao M.Chuang,Patrick R.Brown,Vladimirand Moungi G.Bawendi,Improved performance and stability in quantum dot solar cells through band alignment engineering.13 Nat.Mater.,796(2014))中所述，量子点太阳能电池以较为高的功率转换效率(>8％)有效地将近红外光谱覆盖到并且超过1μm的波长。然而，量子点太阳能电池也在可见光谱中强烈吸收。因此，量子点太阳能电池的宽广的吸收光谱通过吸收较短波长的光子并且因此防止那些光子传输或反射到被调谐为吸收短波长光子区域的其它子电池来限制多结有机太阳能电池的性能。

发明内容

一方面，本公开涉及一种多结光敏器件。在一些实施例中，该器件包括至少两个光活性层和至少一个光学滤波器层。在一些实施例中，该多结器件相对于单结器件具有增大的吸收光谱。

在本发明的一方面，光学滤波器能够被配置为选择性地调谐入射光的反射，透射、和吸收中的至少一个的波长。在一些实施例中，光学滤波器被配置为透射长波长的光。在一些实施例中，光学滤波器被配置为反射短波长的光。在一些实施例中，光学滤波器被配置为透射短波长。在一些实施例中，光学滤波器可反射长波长的光。在一些实施例中，光学滤波器可以是光子晶体。在一些实施例中，光子晶体可以包括具有至少两个不同折射率的交替材料的多个层。在一些实施例中，光子晶体可以包括波导材料的周期性光栅。在一些实施例中，光学滤波器可以是分布式布拉格反射器(DBR)。在一些实施例中，光学滤波器可以是二向色光学滤波器。

本发明的一方面涉及一种多结太阳能电池。在一些实施例中，太阳能电池的吸收覆盖太阳光谱的至少一些波长。本发明的一方面涉及多结检测器。在一些实施例中，多结检测器的吸收可以包括太阳光谱外的至少一个波长。

一方面，本公开涉及一种制造多结光敏器件的方法，包括以下步骤：制造至少两个光活性层；在透明基板上制造的至少一个光活性层上图案化至少一个光学滤波器层；以及将所述至少两个光活性层结合到至少一个其它层。在一些实施方案中，至少一个光活性层被制造在透明基板上。在一些实施例中，至少一个光活性层被在反射基板上。在一些实施例中，使用冷焊接结合将至少两个光活性层结合到至少一个其它层。

附图说明

图1示出个体子电池中的示例性有机/量子点多结太阳能电池的示例性制造流程的示意图。

图2示出在示例性有机/量子点多结太阳能电池中经由中间反射镜分离太阳光谱的示意图。

图3A示出具有作为光学滤波器层的DBR的单结太阳能电池的示意图。

图3B示出根据图3A中的层制造的单结太阳能电池的被测光电流对电压的曲线图。

图4示出总结具有和不具有DBR光学滤波器的单结太阳能电池的性能的表格。

图5示出作为光学滤波器层的示例性DBR的示意图

图6示出图5的DBR的光透射率对光波长的曲线图。

具体实施方式

图1示出制造包括有机和量子点光活性层的子电池的示例性多结太阳能电池的示例性方法的示意图。