[发明专利]用于高效且角度稳健的光伏器件的彩色滤光器组合件

说明书

提供了用于与光伏器件一起使用以产生装饰性和彩色的光伏器件组合件的角度不敏感/角度稳健的彩色滤光器组合件。滤光器可以为无源或有源的，具有高折射率材料如非晶硅(a‑Si)的超薄反射层。无源滤光器可以具有围绕超薄反射层的透明的第一对和第二对介电材料。有源滤光器可以具有围绕超薄反射层的透明的第一电极和第二电极以及第一掺杂的空穴/电子传输层和第二掺杂的空穴/电子传输层。滤光器可以透射一部分电磁波谱并反射一部分电磁波谱以产生具有最小角度依赖性的反射颜色输出。还可以设想具有高功率转化效率(例如≥18％)的包括无源或有源彩色反射滤光器和光伏器件的角度不敏感的彩色光伏器件组合件。光伏器件可以包括包含晶体硅(c‑Si)的光敏层。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年11月9日提交的美国临时申请第62/583,966号的权益。以上申请的全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及高效且角度稳健的彩色的角度不敏感的滤光器组合件以及包括无源彩色反射滤光器和光伏器件的角度不敏感的彩色光伏器件组合件和包括有源彩色反射滤光器和光伏器件的角度不敏感的彩色光伏器件组合件。

背景技术

本部分提供了与本公开有关的背景信息，其不一定是现有技术。

光伏器件(PV)通过提供收获无穷尽的太阳能的能力而非常有望替代传统的化石燃料。为了提高PV可行性，一直在努力提高功率转化效率(PCE)和降低生产成本。基于吸收最高至约1100nm的波长的晶体硅(c-Si)光敏材料的PV不仅由于材料的丰富性和可用性，而且还由于可以实现的高PCE(例如，超过20％)而提供巨大的潜力。然而，结合有c-Si光敏材料的太阳能电池/PV具有黑色晦暗的外观，这显著阻碍它们在多种应用中的用途，作为非限制性实例，包括用于车辆和建筑物外部的装饰目的。鉴于当前太阳能电池的不良的美感，错过了许多利用可用的太阳能的机会，目前这种太阳能是被浪费掉的。

已提出了多种方案，例如染料敏化太阳能电池(DSSC)和有机PV(OPV)以产生彩色太阳能电池。然而，这些颜色很大程度上取决于所用材料的类型，并且颜色可调性还非常有限。此外，包含在这样的结构中的有机组分是高度敏感的，并且存在寿命问题，例如，需要特殊的钝化技术以抵抗氧和水分。近来，已开发了将彩色滤光器引入到PV面板中以允许通过同时收获所吸收的光来产生电力的方案。然而，这些太阳能电池中涉及的彩色滤光器基于法布里-珀罗(Fabry-Pérot，F-P)干涉仪腔或等离子体共振，其产生对视角高度敏感(例如，随视角和入射光偏振而变化)的颜色并因此对于装饰涂层是不期望的。此外，将这样的纳米结构的等离子体彩色滤光器放大至大面积也是问题。此外，已使用将具有角度和偏振不敏感颜色特征的非晶硅(a-Si)集成到PV组合件中的一维(1D)层状太阳能电池。非虹彩(non-iridescent)的彩色外观可以归因于在a-Si和金属的界面处的非平凡反射相位变化(nontrivial reflection phase change)，因此其补偿了通过超薄a-Si层(30nm)传播的光的传播相位。然而，由于吸收的少量的光，这样的半透明PV面板的功率转化效率(PCE)被限制于仅约2％。因此，期望开发在提供有吸引力的装饰美学和设计特征的同时还可以提供具有高PCE的优异性能的多功能太阳能电池/PV。

发明内容

本部分提供了本公开的总体概述，并且不是其全部范围或其所有特征的全面公开。

在一个变化方案中，本公开设想用于与光伏器件一起使用的彩色滤光器。滤光器包括限定第一侧和第二侧的超薄反射层。滤光器还包括与超薄反射层的第一侧相邻的透明的第一对介电材料，其中所述第一对包括介电材料的第一层和不同的介电材料的第二层。透明的第二对介电材料设置成与超薄反射层的第二侧相邻，其中第二对包括介电材料的第三层和不同的介电材料的第四层。滤光器能够透射具有第一预定波长范围的第一部分电磁波谱并反射具有第二预定波长范围的第二部分电磁波谱以产生反射输出。