CN101897036A - 具有干涉式带掩模的光伏装置 - Google Patents

具有干涉式带掩模的光伏装置 Download PDF

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Abstract

本发明揭示一种覆盖电互连多个光伏电池的反射导电带的干涉式掩模(300)。所述干涉式掩模可减少入射光从所述导体的反射。在各种实施例中，所述掩模减少反射以使得前及背电极图案表现为黑色或在与所述装置的周围特征类似的色彩。在其它实施例中，所述掩模可调制光反射以使得所述电极图案匹配可见光谱中的色彩。

Description

具有干涉式带掩模的光伏装置
相关申请案的交叉参考
本申请案主张2007年12月17日所申请的美国临时专利申请案第61/014,405号的权利，所述临时专利申请案的全部内容以引用的方式并入本文中且应被视为本说明书的一部分。
本申请案涉及2007年12月4日所申请的美国专利申请案第11/950,392号(代理人档案号QMRC.007A/080171)、2007年11月7日所申请的美国临时申请案第61/002,198号(代理人档案号QMRC.007PR/080171P1)及在同一天申请的案号未知的美国专利申请案(代理人档案号QMRC.008A1/080419U1)。
技术领域
本发明大体来说涉及将光能转化成电能的光电换能器(例如，光伏电池)的领域。
背景技术
在美国，一个多世纪以来，例如煤、石油及天然气的化石燃料提供主要能源。对替代能源的需要日益增加。化石燃料为正在快速耗尽的不可再生能源。例如印度及中国的发展中国家的大规模工业化已给可用化石燃料造成相当大的负担。此外，地理政治问题可能快速地影响所述燃料的供应。近年来还较大地关注到全球变暖。认为许多因素促使了全球变暖；然而，化石燃料的广泛使用被认定是全球变暖的主要原因。因此，迫切需要发现一种可再生且经济上可行、环境上也安全的能源。太阳能为可转化成其它形式的能量(例如，热及电力)的环境上安全的可再生能源。
光伏(PV)电池将光能转化成电能且因此可用于将太阳能转化成电功率。可将光伏太阳能电池制造得非常薄且模块化。PV电池的大小范围为数毫米到数十厘米。一个PV电池的个别电输出的范围可为数毫瓦到数瓦。可以阵列电连接并封装若干PV电池以产生足够电量。PV电池可用于广泛范围的应用，例如向卫星及其它太空船提供功率，向住宅及商业设施提供电力，对汽车电池充电等。
尽管PV装置具有减少对烃类燃料的依赖的潜力，但PV装置的广泛使用已由于效率低及审美考虑而受到阻碍。因而，这些方面中的任一者的改进可增加PV装置的用途。
发明内容
在一个实施例中，一种用于光伏装置的带具备经配置以电连接多个光伏电池的细长导体。所述导体具有反射表面。光学谐振腔层安置于所述导体的所述反射表面上。吸收器层安置于所述光学谐振腔层上。所述光学谐振腔层及所述吸收器层经配置而以干涉方式减少从所述导体的反射。
在另一实施例中，提供一种光伏带，其包含电流产生装置，其用于从所述装置的侧面上入射光产生电流；及用于对准及互连所述电流产生装置与额外电流产生装置的装置。
在另一实施例中，一种互连多个光伏电池的方法包括沿多个光伏电池对准带导体。所述带导体包含导电层、所述导电层上方的光学谐振腔，及所述光学谐振腔上方的吸收器层。所述带导体沿所述多个光伏电池附着，以使得所述带导体操作地耦合到所述光伏电池且所述光伏电池电互连。
在另一实施例中，一种制造用于光伏装置的带导体的方法包括提供导电条带。所述导电条带用多个层涂覆。所述层在所述导电条带上方形成光学谐振腔且在所述光学谐振腔上方形成光学吸收器层，以界定干涉式调制器掩模。
在另一实施例中，一种制造用于光伏装置的带导体的方法包括提供导电条带及提供具有干涉式掩模层的衬底。所述干涉式掩模层包含光学谐振腔及吸收器层。具有所述干涉式掩模层的所述衬底随后层压于所述导电条带上。
在另一实施例中，提供一种用于将光能转化成电能的系统。所述系统包括多个光伏电池。导体层电连接所述多个光伏电池。多个层在所述导体层上方形成光学干涉式调制器掩模。所述掩模经配置以遮蔽来自所述导体层的反射。
附图说明
本文揭示的实例实施例在随附示意性图式中说明，所述实施例仅用于说明的目的。
图1示意性地说明理论光学干涉腔。
图2示意性地说明形成光学干涉式调制器的实施方案的多个层。
图3A为类似于图2的干涉式调制器(“IMOD”)堆叠的干涉式调制器(“IMOD”)堆叠的框图，其包含吸收器层、光学谐振腔及反射器。
图3B示意性地说明IMOD，其中所述光学腔包括在吸收器层与反射器层之间由柱或支柱形成的气隙。
图3C说明IMOD的实施例，其中所述光学谐振腔可在“打开”状态中以机电方式调整。
图3D说明IMOD的实施例，其中所述光学谐振腔可在“关闭”状态中以机电方式调整。
图4展示具有经配置以针对通常入射的宽带白光反射黄色的光学腔的干涉式光调制器的全反射对波长。
图5展示关于经配置以最小化通常入射的宽带白光的可见反射的光学腔的全反射对波长。
图6展示当入射角或视角与法线成大致30度时类似于图5的干涉式光调制器的干涉式光调制器的全反射对波长。
图7示意性地说明包含p-n结的光伏电池。
图8为示意性地说明包含经沉积薄膜或经沉积光伏活性材料的光电池的框图。
图9A及图9B为描绘在正面具有可见反射电极的太阳能光伏装置的实例的示意性平面图及等角截面图。
图10A到图10G为说明在制造与光伏装置集成的干涉式调制器(IMOD)掩模的实施例的工艺中的步骤的示意性横截面图，其中所述IMOD掩模与光伏装置前电极一起图案化。
图10H为在于IMOD掩模上方形成保护膜之后图10G的光伏装置的示意性横截面图。
图11A到图11D为说明根据另一实施例在光伏装置上方添加IMOD掩模的步骤的示意性横截面图，其中界定IMOD掩模的光学谐振腔的至少一个层保持未经图案化。
图12为根据另一实施例具有覆盖电极的IMOD掩模的光伏装置的示意性横截面图，其中所述IMOD掩模包含经图案化以比光伏装置前电极稍宽的层。
图13A到图13E为说明在具有经集成的IMOD掩模的情况下，在透明衬底上制造薄膜光伏装置的工艺中的步骤的示意性横截面图。
图13F为与透明衬底上的薄膜光伏装置集成的IMOD掩模的另一实施例的示意性横截面图，其中界定IMOD掩模的光学谐振腔的至少一个层保持未经图案化。
图13G为集成于透明衬底的与所述衬底的具有活性光伏材料的侧面相对的正面上的IMOD掩模的另一实施例的示意性横截面图。
图14A及图14B为在有及无IMOD掩模形成于前电极上方的情况下使用单晶半导体光伏装置形成的光伏装置的示意性横截面图。
图15为具有经集成的IMOD掩模的干涉式增强光伏装置的实施例的示意性横截面图。
图16为干涉式增强光伏装置的实施例的示意性横截面图，其中经集成的IMOD掩模操作地耦合到背电极。
图17A为在一个侧面上具有经集成的IMOD掩模的导电带的实施例的示意性横截面图。
图17B为具有类似于图17A的所述带的遮蔽带的光伏装置的示意性横截面图，所述遮蔽带附着到光伏装置的电极以用于多个光伏装置的互连。
图18A为覆盖带导体的两个侧面的经集成的IMOD掩模的导电带的另一实施例的示意性横截面图。
图18B为具有类似于图18A的所述带的遮蔽带的光伏装置的示意性横截面图，所述遮蔽带附着到光伏装置的电极以用于多个光伏装置的互连。
图19为干涉式增强光伏带的实施例的示意性横截面图，其中分离地制造所述带导体及所述光伏层以用于在光伏装置上的集成。
图20为通过导电带互连的多个光伏装置、晶片或电池的示意性自顶向下图。
具体实施方式
阻碍在可用表面上广泛采用光伏(PV)装置以用于将光能转化成电能或电流的一个问题为PV装置上导体或电极的不合乎需要的审美外观。常见前电极材料的高反射率与活性PV材料自身的较暗外观形成对照，且进一步阻碍PV装置与周围材料的融合。本文在下面描述的实施例采用经设计以使电极变暗、隐藏或融合电极的干涉式调制器(IMOD)构造，因此在PV装置的导体上方提供IMOD掩模。归因于光学干涉的原理，入射于IMOD掩模上的光在电极区中引起极少或无可见反射。干涉遮蔽效应由制成IMOD掩模的材料的尺寸及基本光学性质控制。因此，与常见染料或涂料相比，遮蔽效应不再同样易于随时间流逝而衰退。
尽管本文论述了某些优选实施例及实例，但应理解，发明性标的物延伸超出所述特定揭示的实施例到本发明的其它替代实施例及/或用途以及显而易见的修改及其等效物。希望本文揭示的本发明的范围不应受特定揭示的实施例限制。因此，例如，在本文揭示的任一方法或工艺中，构成方法/工艺的动作或操作可以任一适合顺序执行且除非特定地标注否则不必限于任一特定揭示顺序。已在适当的情况下描述所述实施例的各种方面及优点。应理解，可不必根据任一特定实施例实现所有所述方面或优点。因此，例如，应认识到，各种实施例可以实现或优化如本文教示的一个优点或一组优点而不必实现如本文可教示或提出的其它方面或优点的方式执行。以下详细描述针对本发明的某些特定实施例。然而，可以大量不同方式来实施本发明。本文描述的实施例可在包括用于收集及转化光能到电能的光伏装置的广泛范围的装置中实施。
在此描述中，对图式进行参考，其中相同部分在全文中用相同数字来表示。如将从以下描述显而易见，所述实施例可在包含光伏活性材料的多种装置中实施。
图1说明光学谐振腔。所述光学谐振腔的实例为可产生反射色光谱的皂膜。图1中展示的光学谐振腔包含两个界面或表面101及102。所述两个表面101及102可为同一层上的相对表面。举例来说，所述两个表面101及102可包含玻璃或塑料板或片或玻璃、塑料或任何其它透明材料的膜上的表面。空气或其它介质可围绕所述板、片或膜。在所说明的实例中，光在界面101及102中的每一者处部分地反射且部分地透射。
入射于光学谐振腔的前表面101上的光线103如由光路径104所示部分地反射，且沿光路径105部分地透射穿过前表面101。经透射的光可部分地沿光路径107反射且部分地沿光路径106透射出谐振腔。透射及反射的光量可视形成光学谐振腔的材料及周围介质的折射率而定。如所属领域的技术人员将了解，所述实例通过忽略多个内反射而予简化。
为本文提供的论述的目的，从光学谐振腔反射的光的总强度为两条反射光线104及107的相干叠加。在所述相干叠加的情况下，所述两条反射光束的振幅及相位两者均对聚集强度有贡献度。此相干叠加被称为干涉。所述两条反射光线104及107可具有相对于彼此的相位差异。在一些实施例中，两个波之间的相位差异可为180度且相互抵消。如果两条光线104及107的相位及振幅经配置以便减少强度，则所述两条光束被称为相消干涉。另一方面，如果两条光束104及107的相位及振幅经配置以便增加强度，则所述两条光线被称为相长干涉。所述相位差异视所述两个路径的光学路径差异而定，其均视光学谐振腔的厚度、两个表面101与102之间的材料的折射率及周围材料的折射率是高于还是低于形成光学谐振腔的材料的折射率而定。相位差异对于入射光束103中的不同波长来说也为不同的。因此，在一些实施例中，光学谐振腔可反射入射光103的特定组波长，同时透射入射光103的其它波长。因此，一些波长可相长地干涉且一些波长可相消地干涉。一般来说，由光学谐振腔反射及透射的色彩及总强度因此视光学谐振腔及周围介质的厚度及形成光学谐振腔及周围介质的材料而定。被反射及透射的波长也视视角而定，不同波长在不同角度被反射及透射。
在图2中，光学谐振腔在两个层之间界定。明确地说，吸收器层201界定光学谐振腔的顶表面或前表面101，而底部反射器层202界定光学谐振腔的底表面或背表面102。吸收器层及反射器层的厚度可大体上彼此不同。举例来说，吸收器层201将通常比底部反射器层202薄且经设计为部分透射。吸收器层及反射器层可包含金属。如图2中展示，入射于光学干涉腔的吸收器层201上的光线203部分地沿路径204及207中的每一者反射出光学干涉腔。如由在正面或入射面上的观测者观察到的照明区域为两个反射光线204及207的叠加。大体上由装置吸收或经由底部反射器202透射出装置的光量可通过改变反射器层201、202的厚度及组分而显著地增加或减少，而反射的外观色彩主要由通过所述反射器层之间的光学谐振腔的大小或厚度及吸收器层201的材料性质控制的干涉效应确定。
在一些实施例中，前表面101与背表面102之间的光学腔由例如光学透明电介质层的层或多个层界定。在其它实施例中，前表面101与背表面102之间的光学谐振腔由气隙或光学透明层与气隙的组合界定。光学干涉腔的大小可经调谐以最大化或最小化入射光的一个或一个以上特定色彩的反射。由光学干涉腔反射的色彩可通过改变腔的厚度而改变。因此，由光学干涉腔反射的色彩可视腔的厚度而定。当腔高度为使得特定波长通过光学干涉最大化或最小化时，所述结构在本文中被称为干涉式调制器(IMOD)。IMOD可为静态的(固定的)或动态的(活动的)。
在某些实施例中，顶部吸收器与底部反射器之间的光学谐振腔高度可(例如)通过微机电系统(MEMS)活动地变化。MEMS包括微机械元件、激活器及电子装置。微机械元件可使用沉积、蚀刻，及/或蚀刻掉或移除衬底及/或沉积材料层的部分或添加层以形成电装置及机电装置的其它微机械加工工艺而产生。所述MEMS装置包括具有可以机电方式调整的光学谐振腔的IMOD。IMOD使用光学干涉的原理选择性地吸收及/或反射光。在某些实施例中，干涉式调制器可包含一对导电板，所述对导电板中的一者部分地反射且部分地透射，且所述对导电板中的另一者部分地或全部地反射。所述导电板在施加适当电信号之后能够相对运动。在特定实施例中，一个板可包含沉积于衬底上的静止层，且另一板可包含与所述静止层分离一气隙的金属隔膜。如本文中更详细地描述，一个板相对于另一板的位置可改变入射于干涉式调制器上的光的光学干涉。以此方式，由MEMS干涉式调制器(IMOD)输出的光的色彩可活动地变化。
通过使用所述MEMS可调整光学干涉腔或MEMS IMOD，可能提供至少两个状态。第一状态包含具有某一尺寸的光学干涉腔，借此具有选定色彩的光(基于腔的大小)相长地干涉且反射出所述腔。第二状态包含归因于光的相长及/或相消干涉使得可见波长被大体吸收而产生的可见黑状态。或者，所述两个状态可为有色的且广谱(白)反射的。
图3A为IMOD堆叠300的简化示意图。如所说明，IMOD堆叠300包含吸收器层301、反射器303及形成于吸收器层301与反射器303之间的光学谐振腔302。反射器303可(例如)包含金属层(例如，铝)，且通常足够厚而不透明(例如，300nm)。光学谐振腔302可包含气隙及/或一个或一个以上光学透明材料。如果光学谐振腔302由反射器303与吸收器层301之间的单一层界定，则可使用透明导体或透明电介质。在一些实施例中，光学谐振腔302可包含复合结构，所述复合结构包含多种材料，所述材料可包括气隙、透明导电材料及透明电介质层中的两者或两者以上。多个层及/或气隙的可能优点为所述堆叠的选定层可提供多个功能，例如除了其在IMOD堆叠300中的光学作用之外的装置钝化或耐刮伤性。在一些实施例中，所述光学谐振腔可包含一个或一个以上部分透明的材料，其为导电的或介电的。用于光学干涉腔302的示范性透明材料可包含例如氧化铟锡(ITO)的透明导电氧化物(TCO)及/或例如二氧化硅(SiO2)的电介质。
在此实施例中，光首先通过传递到吸收器层301而穿过IMOD堆叠300。一些光穿过部分透射吸收器层301、穿过光学干涉腔302且反射出反射器303，返回穿过光学谐振腔302且穿过吸收器层301。
参看图3B，在其它实施例中，光学谐振腔302的厚度可包含由间隔物311(例如轨、柱或支柱)支撑的气隙302。在IMOD 300内，光学谐振或干涉腔302可为静态的气隙或动态的(即，使用(例如)MEMS技术可变化的)气隙。
例如图3A或图3B中展示的干涉式调制器(IMOD)结构使用光学干涉选择性地产生所要反射输出。此反射输出可通过选择光学谐振腔302的厚度及光学性质以及吸收器301及反射器303的厚度及光学性质而“调制”。所述反射输出还可使用MEMS装置改变光学谐振腔302的大小而动态地变化。由观察吸收器301的表面的观察者观测到的色彩将对应于大体上反射出IMOD且大体上不由IMOD的各种层吸收或相消地干涉的那些频率。干涉及大体上不被吸收的频率可通过选择光学谐振腔302的厚度而变化。
图3C及图3D展示IMOD的实施例，其中光学谐振腔(图3B中的302)包括气隙且可使用MEMS技术以机电方式改变。图3C说明经配置处于“打开”或“松弛”状态的IMOD，且图3D说明经配置处于“关闭”或“塌陷”状态的IMOD。图3C及图3D中说明的IMOD包含衬底320、薄膜堆叠330及反射隔膜303。薄膜堆叠330可包含吸收器(对应于图3A及图3B中的303)以及其它层及材料，例如保持电极彼此绝缘的单独透明电极层及电介质层。在一些实施例中，薄膜堆叠330可附着到衬底320。在“打开”状态中，薄膜堆叠330通过间隙340与反射隔膜303分离。在一些实施例中，例如，如图3C中说明，间隙340可为由间隔物311(例如轨、支柱或柱)支撑的气隙。在“打开”状态中，间隙340的厚度在一些实施例中可(例如)在120nm与400nm之间变化(例如，大致260nm)。因此，在“打开”状态中，图3A及图3B的光学谐振腔包含气隙连同薄膜堆叠330内吸收器上方的任何透明层。
在某些实施例中，如图3D中说明，IMOD可通过在薄膜堆叠330与反射隔膜303之间施加电压差而从“打开”状态切换到“关闭”状态。在“关闭”状态中，吸收器上方的薄膜堆叠330与反射隔膜303之间的光学腔由(例如)薄膜堆叠330中上覆于吸收器上的电介质层界定，且通常经配置以反射“黑色”或最小可见反射。气隙的厚度一般来说可在大致0nm与大致2000nm之间变化(例如，在一些实施例中在“打开”与“关闭”状态之间)。
在“打开”状态中，入射光的一个或一个以上频率在衬底320的表面上方相长地干涉。因此，入射光的一些频率在IMOD内大体上不被吸收而替代地从IMOD反射。反射出IMOD的频率在IMOD外部相长地干涉。由观察衬底320的表面的观察者观测到的显示色彩将对应于大体上反射出IMOD且大体上不被IMOD的各种层吸收的那些频率。相长地干涉且大体上不被吸收的频率可通过改变光学腔(其包括间隙340)的厚度借此改变光学谐振腔的厚度而变化。
图4说明如从正交于或垂直于IMOD的前表面的方向可见的IMOD(例如，图3A或图3B的IMOD 300)的全反射对波长的曲线图。全反射的曲线图展示在大致550nm处(黄色)的反射峰值。观察IMOD的观察者将观测到IMOD为黄色的。如前文提及，全反射曲线的峰值的位置可通过改变光学谐振腔302的厚度或材料或通过改变堆叠中一个或一个以上层的材料及厚度而移位。
图5说明针对具有经选定以最小化可见范围中的反射的光学腔厚度的IMOD，IMOD的全反射对在大致400nm到800nm的波长范围上的波长的曲线图。观测到在整个可见波长范围中全反射一致为低的。因此，非常少的光反射出干涉式调制器。在一些实施例中，由垂直地观看IMOD的前表面的观察者观测到的色彩可通常为黑色、红黑色或紫色。
一般来说，IMOD堆叠可具有视角相依性。然而，当光学谐振腔经选定以最小化可见范围中的IMOD反射时，角度相依性趋向于相当低。图6说明当入射角或视角为30度时具有经最佳化以最小化可见反射的光学谐振腔的IMOD的全反射对波长。观测到在整个可见波长范围中全反射一致为低的。因此，非常少的可见光反射出干涉式调制器。图5与图6的比较展示针对正入射及当入射角或视角为30度时具有经选择或经调制以最小化可见反射的腔302的IMOD的光谱光谱大致相同。换句话说，具有经选定以最小化可见反射的腔的“黑色”IMOD的光谱光谱不展现对入射角或视角的强相依性。
图7展示典型光伏(PV)电池700。典型光伏电池可将光能转化成电能或电流。PV电池为对环境具有较少影响(例如，小碳占据面积)的可再生能源的实例。使用PV电池可提供可能成本效益，例如减少能量产生的成本。PV电池可具有许多不同大小及形状，例如，从小于邮票到跨越若干英寸。若干PV电池可常常连接在一起以形成可高达若干英尺长及数英尺宽的PV电池模块。模块又可经组合及连接以形成具有不同大小及功率输出的PV阵列。
阵列的大小可视若干因素而定，例如特定位置中可用的日光量及消费者的需要。阵列的模块可包括电连接、安装硬件、功率调节设备及存储用于当阳光不照射时使用的太阳能的电池。PV装置可为具有其附属电连接及外围装置的单一电池或PV模块或PV阵列。PV装置还可包括功能上不相关的电组件，例如，由PV电池供电的组件。
典型PV电池包含安置于两个电极之间的PV活性区。在一些实施例中，PV电池包含在上面形成有层堆叠的衬底。PV电池的PV活性层可包含例如硅的半导体材料。在一些实施例中，如图7中展示，活性区可包含通过使n型半导体材料703与p型半导体材料704接触而形成的p-n结。所述p-n结可具有类似二极管的性质且可因此也被称为光电二极管结构。
PV活性层703、704夹于提供电流路径的两个电极之间。背电极705可由铝、银、钼或某一其它导电材料形成。背电极可为粗糙的且未抛光的。前电极701经设计以覆盖p-n结的前表面的显著部分以便降低接触电阻且增加收集效率。在其中前电极701由不透明材料形成的实施例中，前电极701经配置以在PV活性层的正面上方留下开口或窗口以允许照明撞击在PV活性层上。在一些实施例中，前电极可包括透明导体(例如，例如氧化锡(SnO2)或氧化铟锡(ITO)的透明导电氧化物(TCO))。TCO可提供较好电接触及导电性且同时对进入光为透明的。在一些实施例中，PV电池还可包含安置于前电极701上方的抗反射(AR)涂层702。AR涂层702可减少从PV活性层703、704的前表面反射的光量。
当照亮活性PV材料的前表面时，在活性区中光子将能量转移到电子。如果由光子转移的能量大于半导体材料的带隙，电子可具有足够能量来进入导电带。内部电场使用形成p-n结产生。内部电场对通电电子操作以使这些电子移动，借此在外部电路707中产生电流。所得电流可用于存储电荷或直接对各种电装置(例如，如图7中展示的电灯泡706)供电。
在一些实施例中，图7中展示的p-n结可由p-i-n结取代，其中本征或未掺杂半导体层夹于p型与n型半导体之间。p-i-n结可具有比p-n结高的效率。在一些其它实施例中，PV电池可包含多个结。
所述PV活性层可由各种吸光、光伏材料中的任一者形成，例如晶体硅(c-硅)、非晶硅(α-硅)、碲化镉(CdTe)、硒化铟铜(CIS)、铜铟镓硒(CIGS)、吸光染料及聚合物、分散有吸光纳米粒子的聚合物、例如GaAs的III-V族半导体等。还可使用其它材料。光子被吸收且能量转移到电载流子(空穴及电子)的吸光材料在本文中被称为PV电池的PV活性层，且此术语意味着涵盖多个活性子层。PV活性层的材料可视PV电池的所要性能及应用而选择。
在一些实施例中，PV电池可通过使用薄膜技术形成。举例来说，在光能穿过透明衬底的一个实施例中，PV电池可通过在衬底上沉积第一或前TCO电极层而形成。PV活性材料沉积于所述第一电极层上。第二电极层可沉积于所述PV活性材料层上。所述层可使用例如物理气相沉积技术、化学气相沉积技术、电化学沉积技术等的沉积技术沉积。薄膜PV电池可包含例如薄膜硅、CIS、CdTe或CIGS的非晶或多晶材料。薄膜PV电池的一些优点为小装置占据面积及制造工艺的可缩放性以及其它。
图8为示意性说明典型薄膜PV电池800的框图。典型PV电池800包括光可穿过的玻璃衬底801。第一电极层802、PV活性层803(展示为包含非晶硅)及第二电极层805沉积于所述玻璃衬底801上。第一电极层802可包含例如ITO的透明导电材料。如所说明，第一电极层802及第二电极层805将薄膜PV活性层803夹于其间。所说明的PV活性层803包含非晶硅层。如此项技术中已知，充当PV材料的非晶硅可包含一个或一个以上二极管结。此外，非晶硅PV层可包含p-i-n结，其中本征硅层夹于p型掺杂层与n型掺杂层之间。
如图9A及图9B中说明，许多PV装置在装置的正面或光入射面上以及PV装置900的背面上采用镜射或反射导体910、911。在正面或光入射面上的导体可包含总线电极910或栅格线路电极911。当光能由PV活性材料903吸收时，产生电子-空穴对。如图9B中展示，这些电子及空穴可通过移动到前电极910、911中的一者或另一者或背电极905而产生电流。前导体或电极910、911经图案化以减少电子或空穴到达电极必须行进的距离，同时还允许足够光穿过到PV活性层903。然而，由这些电极产生的强反射线常常被视为无吸引力的，使得在可见位置中常常不采用PV装置。
因此，下文的一些实施例描述覆盖难看电极使得电极图案表现为黑暗或黑色以较好地匹配经暴露PV活性区的外观的方法。此外，下文描述的一些实施例提供在外观上一致的光伏装置，使得其可较好地与周围结构(例如，屋顶瓦)融合。此可通过使PV装置的前面的具有经图案化电极的部分变暗或通过使光伏装置的整个前表面(电极及活性区)变暗来实现。
使电极变暗或以其它方式遮蔽电极以便抑制从导电层或电极的反射的一种方式为使用干涉式调制器(IMOD)作为掩模，其中调谐反射率以使电极变暗及/或与经暴露PV活性区的色彩外观融合。在IMOD堆叠中，IMOD反射器(例如，图3A或图3B的反射器303)的功能可由正受到遮蔽的导体(例如，图9A及图9B的前总线电极910或栅格线路电极911)提供。归因于上文论述的光干涉的原理，入射于IMOD掩模上的光在电极区中引起极少或无可见反射。有利地，干涉效应由吸收器及光学谐振腔的厚度及材料控制。因而，与一般染料或涂料相比，遮蔽效应不再同样易于随时间流逝而衰退。
图10A到图10G说明用于制造在前电极上并入有IMOD掩模的PV装置的工艺的一个实例。所述实例采用经沉积PV活性材料薄膜。在一个实施例中，所述光伏装置可形成于例如塑料、玻璃或另一适合工件的衬底1010上。如图10A中说明，制造所述装置的方法可包含使用已知方法在衬底1010上形成背电极1020。可沉积金属层来充当光伏装置的背电极1020，但还可使用非金属导电材料。
参看图10B，所述方法进一步包括光伏活性材料1030的形成。在所说明的实施例中，光伏(PV)活性材料1030包含经沉积薄膜，然而，在其它布置中采用单晶、半导体衬底及/或所述衬底上方的外延层的部分。经沉积PV活性材料可包含(例如)非晶硅薄膜，其最近正得以风行。作为薄膜的非晶硅可通过物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、电化学气相沉积或等离子增强化学气相沉积(PECVD)以及通过所属领域的技术人员已知的其它方法而沉积于较大区域上。如所属领域的技术人员已知，包含非晶硅层的PV活性材料可包括n型掺杂及/或p型掺杂硅的一个或一个以上结且可进一步包含p-i-n结。用于PV活性材料1030的其它适当材料包括锗(Ge)、Ge合金及如铜铟镓硒(CIGS)、碲化镉(CdTe)的合金，以及III-V族半导体材料，或级联的多结光伏材料及膜。III-V族半导体材料包括例如砷化镓(GaAs)、氮化铟(InN)、氮化镓(GaN)、砷化硼(BAs)的材料。还可使用如氮化铟镓的半导体合金。其它光伏材料及装置也为可能的。形成这些材料的方法为所属领域的技术人员已知的。作为说明性实例，如CIGS的合金可由基于真空的工艺形成，其中铜、镓及铟共蒸发或共溅射，接着用硒化物蒸气退火以形成最终CIGS结构。基于非真空的替代工艺也为所属领域的技术人员已知的。
在图10C中，透明导电氧化物(TCO)1040任选地沉积于PV活性材料1030上方。TCO层常常与光伏材料(尤其是薄膜光伏材料)一起使用，以便改进到PV活性层1030的电极接触。功能上TCO 1040形成前电极的部分，从而完成用于携载由PV活性材料1030产生的电流的电路，但按照惯例上覆于TCO 1040上且将PV电池连接到更广电路的更导电金属导体被称为前电极。如所属领域的技术人员已知，一般TCO为氧化铟锡(ITO)。形成或沉积ITO的方法在此项技术中为众所周知的，且包括电子束蒸发、物理气相沉积或溅射沉积技术。还可使用其它TCO材料及制造工艺。在其它实施例中TCO层可省略。
在图10D中，TCO材料1040的沉积之后为形成前导体层1050。前导体层1050可包含金属或高导电材料以充当前电极且将PV电池连接到携载由PV电池产生的电流的电路中。如上文提及，所述导体趋向于为高反射的且可破坏PV装置的外观且阻碍PV装置的广泛使用。用于前导体层1050的典型反射材料包括铝(Al)、钼(Mo)、锆(Zr)、钨(W)、铁(Fe)、银(Ag)及铬(Cr)。
如图10E中展示，光学谐振腔1060形成于前导体1050上方。在所说明的实施例中，光学谐振腔1060为经沉积的透明层，但如上文相对于图3A及图3B论述，在其它布置中，所述腔可包含由间隔物(例如柱、支柱或轨)界定的气隙(参见图3B)；单一透明导电或电介质层；由多个导电或电介质透明层形成的复合物；或由气隙与一个或一个以上透明层的组合形成的复合物。单一透明材料层的光学谐振腔可简化制造且减少成本。具有多个层及/或气隙的复合结构可采用多个层来提供多个功能，例如除了其在正形成的IMOD掩模中的光学作用之外的装置钝化或耐刮伤性。
气隙或复合光学谐振腔还可提供多个功能，例如装置通风或提供采用MEMS以用于反射多个色彩(例如，彩色模式及黑色掩模模式)或用于形成活动地(电)可调谐IMOD掩模的能力。在IMOD掩模的反射器303也充当PV装置的前电极的所说明实施例中，当PV装置不活动时，反射器303可用作用于静电激活的静止电极。吸收器301可充当可移动电极。所属领域的技术人员将了解，用于处理静电MEMS操作及来自PV装置的电流收集的双重功能的互连及外部电路可与PV装置的活性IMOD掩模集成。
一个实施例的光学谐振腔1060由SiO2层或其它透明电介质材料层形成。SiO2(或类似指标)光学谐振腔1060的适合厚度在
Figure GPA00001158605300121
(埃)与
Figure GPA00001158605300122
之间以产生黑暗或黑色的干涉效应。沉积或形成SiO2的方法在此项技术中为已知的，包括CVD以及其它方法。用于形成光学谐振腔1060的其它适合透明材料包括ITO、Si3N4及Cr2O3。另一实施例的光学谐振腔1060由气隙层及SiO2或另一透明电介质材料形成。气隙光学谐振腔1060的适合厚度在
Figure GPA00001158605300131
与
Figure GPA00001158605300132
之间以产生黑暗或黑色的干涉效应。
参看图10F，吸收器层1070形成于光学谐振腔1060上方。在正建构的IMOD掩模经设计以用干涉方式使自然地反射的前导体1050的外观变暗的所说明实施例中，吸收器层1070可包含(例如)金属或半导体层的半透明厚度。吸收器层还可包含具有非零n×k(即，折射率(n)与消光系数(k)的非零乘积)的材料。明确地说，铬(Cr)、钼(Mo)、钼铬合金(MoCr)、钛(Ti)、硅(Si)、钽(Ta)及钨(W)均形成适合层。在一个实施例中，吸收器层1070的厚度在
Figure GPA00001158605300133
与
Figure GPA00001158605300134
之间。所述厚度经选定以小于产生不透明层的厚度。
参看图10G，图10F中说明的堆叠接着使用(例如)光刻图案化及蚀刻或另一适合技术图案化以形成如图10G中展示的PV装置1000G。所得干涉式调制器(IMOD)掩模300包含反射器303(还充当PV装置的前导体或电极)、光学谐振腔302(在图案化之前参看参考数字1060)及经图案化吸收器301。在图10G的实施例中，反射器303、光学谐振腔302及吸收器301一起经图案化且因此彼此对准。在其它布置中，如将从下文的图12的论述较好地理解，IMOD掩模300的组件可具有以某方式而与充当IMOD掩模反射器303的导体的图案不同的图案。IMOD掩模300因此覆盖前电极或反射器303。IMOD掩模300与充当PV装置的前电极的反射器303的对准的风险在于以锐角视角从反射器303的侧面的一些反射最小。另一方面，吸收器301以不阻止与反射器303相比任何更多光到达PV活性层的方式图案化，所述反射器无论如何作为前电极存在(已经是这样的)。因此，吸收器301以避免PV效率的任何进一步减少的方式图案化。
吸收器301及光学谐振腔302的材料及尺寸经选定以减少从下伏反射器303的反射率。将反射率界定为在正交于掩模300的上表面的方向上[从IMOD掩模300反射的光的强度]与[在IMOD掩模300的顶部上的入射光的强度]的比率。用于反射器303的常见PV装置前电极材料展现在30％到90％的范围内的反射率。然而，IMOD掩模300经配置以干涉方式减少全反射率到小于10％。因此，针对最常见前电极(反射器303)材料，在IMOD掩模300上可观测到的反射率小于10％(在此点反射趋向于表现为“灰色”)，且更通常小于5％。所属领域的技术人员将了解，鉴于本文的揭示内容，通过吸收器301及光学谐振腔302中的层的材料及尺寸的正确选择，反射率可减少为仅仅1％到3％，因此确实地表现为“黑色”。
因此，极少或无从PV装置的前导体反射的光被观测者看到。因此，由覆盖电极的IMOD掩模300形成的图案可表现为黑暗或黑色。或者，IMOD掩模300的结构经选定以反射大体上匹配邻近前导体的光伏活性材料的可见区的色彩的色彩。对于大多数PV装置，PV活性区域表现为十分暗，使得经由IMOD掩模300进行的减少可见反射有效地使导体与PV活性区域的外观融合，从而使得凭目视难以区分PV装置的所述两个区。然而，就PV活性材料的可见区归因于非常规PV材料或PV活性材料上方的窗口上方的其它涂层而表明不同于黑暗或黑色的色彩来说，IMOD掩模300可经建构以反射其它色彩以便与PV活性区域的可见区匹配且针对PV装置产生一致色彩或外观。
在光学谐振腔302包含由间隔物(例如柱、支柱或轨(参见图3B))界定的气隙的一个实例中，部分地视经选定用于IMOD掩模300的其它材料而定，用于产生黑暗或黑色IMOD掩模300的气隙的适合高度在
Figure GPA00001158605300141
与
Figure GPA00001158605300142
之间。在光学谐振腔302包含具有1与3之间的折射率的电介质(例如，SiO2)的另一实例中，黑暗或黑色IMOD掩模300可经产生而具有
Figure GPA00001158605300143
与
Figure GPA00001158605300144
之间的电介质厚度。
参看图10H，在不损伤IMOD掩模的遮蔽功能的情况下，PV装置1000H可包含额外层，例如上覆硬涂层、抗反射涂层或钝化层。举例来说，上覆于IMOD掩模300上的电介质层1080可包含SiO2或氮化硅，且可充当PV装置的顶部钝化层。此外，电介质层1080可以适于充当可进一步增强前电极区的黑暗状态的抗反射(AR)层的厚度提供。具有氧化硅或氮化硅的AR层的典型厚度在约
Figure GPA00001158605300145
与
Figure GPA00001158605300146
之间。就其它层定位于观察者与前电极反射器303之间来说，在选择各种层的材料、光学性质及厚度时可需要调整以确保干涉式掩模300产生所要反射率。
图11A到图11D说明IMOD黑色掩模在图案化前电极之后形成的另一实施例。图11A说明在图10D的导体层1050已(例如)通过光刻及蚀刻而图案化以留下经图案化的前电极或反射器303之后的图10D的PV装置结构。用于前导体层1050的适合材料在上文相对于图10D论述。图案化界定经图案化的导体或前电极，其还将充当待形成的IMOD掩模的反射器303。图11A的结构可表示(例如)封装之前的预制造光伏(PV)装置。或者，在另一实施例中，PV装置可经封装且包括(例如)在进行图11B到图11D的步骤之前图11A的结构上方的钝化层(未图示)。在所述布置中，随后形成的光学谐振腔及吸收器的材料及尺寸的选择应考虑到钝化层的光学效应。换句话说，在所述未描绘的实施例中，钝化层(未图示)可视为正形成的复合光学谐振腔的部分。
图11B展示在形成经选定以界定IMOD掩模的光学谐振腔层1060的毯覆层或复合层之后图11A的结构。如在图10E的论述中提及，光学谐振腔1060可为由间隔物(例如柱、支柱或轨)界定的气隙(参见图3B)；单一透明导电或电介质层；由多个导电或电介质透明层形成的复合物；或由气隙与一个或一个以上透明层的组合形成的复合物。
图11C说明在沉积吸收器层1070之后图11B的结构。用于半透明吸收器层1070的适合材料及厚度在上文相对于图10F论述。
图11D说明在图案化吸收器层1070以留下经图案化吸收器301之后图11C的结构。在所说明的实施例中，光学谐振腔层1060作为毯覆层或未经图案化层留下。因此，光学谐振腔层1060毯覆于PV电池上方。例如通过光刻遮蔽及蚀刻而图案化吸收器301以大体上覆盖导体/电极303。
图11D的所得结构为包含干涉式或IMOD掩模300的PV装置1100，掩模300包括还充当PV装置的前导体或前电极的经图案化的反射器303、毯覆式光学谐振腔层1060及经图案化的吸收器301。可如上文所论述表示单一层或复合结构的毯覆式光学谐振腔层1060还可跨越其中PV活性层1030可见或暴露的区提供其它功能，例如用于PV活性层1030或用于任选介入的TCO层1040的钝化或抗反射。光学谐振腔层1060的位于经图案化反射器303与吸收器301之间的区形成IMOD掩模300的光学谐振腔302。在所说明实施例中，吸收器301经图案化以大体上与反射器303对准。
图12展示本发明的另一实施例，其中如相对于图11C所论述的上覆于PV装置的层上的光学谐振腔层1060及吸收器层1070(参见图11C)一起经图案化以覆盖经图案化的反射器303，从而得到如图12中展示的PV装置1200。在此实施例中，吸收器301及光学谐振腔302两者均经图案化以覆盖电极，但稍延伸超出电极303。在所述实施例中，经图案化的吸收器301在每一侧上可横向地延伸超出电极的边缘小于电极宽度的10％，且在一个实施例中延伸超出小于电极宽度的5％，且吸收器301的长度(未描绘)可独立地与电极长度对准或比电极长度长(小于10％或小于5％)。较宽的吸收器301可较好地确保对从前导体/反射器303的掩模反射的覆盖，且适应反射器303图案与吸收器301图案之间的合理级别的掩模不对准。另一方面，通过使吸收器301比正以干涉方式遮蔽的反射器303宽的程度达最小化，到达PV活性层1030的光量及因此整体PV装置效率可保持为高。
在未说明的其它实施例中，吸收器层及光学谐振腔结构可在整个PV装置上延伸，但在所述状况下吸收器层应非常薄(几乎透射)以便使到达PV活性层的光的减少达最小化。因此，当使毯覆式吸收器层变薄以使透射达最大化时，会稍微牺牲黑暗或“黑色”效应的程度。在所述状况下，可能还需要在PV活性层上方采用具有相对高透射的额外半透明反射器，以便使经反射的色彩与前电极区中IMOD的色彩更好地匹配。
如相对于图10H论述，图11D及图12的干涉式掩模300还可由在所述实施例的表面上方形成或沉积的额外层来保护或钝化。
图13A到图13E描绘用于制造另一实施例的工艺，其中PV装置的层形成于透明衬底上方，光可透射过所述透明衬底进入PV活性区域中。图13A以适当光学透明衬底1310(例如，玻璃、塑料或具有有用光学性质的其它适当衬底)开始。吸收器层1320形成于或沉积于衬底的与光入射面或正面相对的背面上。因此，在图13A到图13E中，光从下面入射。用于半透明吸收器层1320的适合材料及厚度在上文相对于图10F的吸收器层1070论述。
图13B说明在于吸收器层1320上方形成或沉积光学谐振腔层1330之后图13A的结构。如在图10E的论述中提及，光学谐振腔层1330可为由间隔物(例如柱、支柱或轨)界定的气隙(参见图3B)；单一透明导电或电介质层；由多个导电或电介质透明层形成的复合物；或由气隙与一个或一个以上透明层的组合形成的复合物。
图13C说明导体层1340在光学谐振腔层1330上方的进一步形成或沉积。用于导体层1340的适合材料在上文相对于图10D的导体层1050论述。
参看图13D，图案化或蚀刻所述层1320、1330、1340形成大体上类似于或覆盖反射器303图案的IMOD掩模300。图案化所述层堆叠界定经图案化的导体或前电极，其还将充当IMOD掩模300的反射器303。尽管反射器303形成于衬底的背面上，但反射器303相对于尚待必须形成的PV活性层仍为朝前的(更接近于光入射侧)，且因此说反射器303界定PV装置的“前导体”。
图13E说明在干涉式掩模300的光入射面后面或与光入射面相对而沉积薄膜光伏(PV)活性层1350继之以背导体层1360的沉积的结果。用于薄膜PV活性层的适合材料在上文相对于图10B论述，且一般来说PV活性材料包括许多类型的感光半导体材料，例如非晶硅。尽管未图示，但例如ITO的透明导体层(TCO)可在沉积PV活性层1350之前沉积，以便改进PV活性层1350与前导体303之间的电接触且因此改进PV装置1300E的收集效率。背导体层1360可包含金属导电层，且通常形成为不透明厚度。
在图13A到图13E中的实施例中，PV装置的干涉式掩模300在形成或沉积PV活性材料1350之前形成于光学衬底上。在此实施例中，光伏装置及干涉式掩模300形成于光学衬底的与衬底的光入射面或正面相对的面上。因此，层形成的顺序可与图10A到图10G的顺序相反。额外层(未图示)可包括PV活性层1350与衬底1310之间的TCO，及衬底1310的正面上的AR涂层或硬涂层。
图13F说明另一实施例。图13F展示13A的吸收器层1320在形成光学谐振腔层1370之前图案化，从而留下经图案化的吸收器301。接着所述光学谐振腔层1370沉积或形成于经图案化的吸收器层301上方。如在图10E的论述中提及，光学谐振腔层1370可为由间隔物(例如柱、支柱或轨)界定的气隙(参见图3B)；单一透明导电或电介质层；由多个导电或电介质透明层形成的复合物；或由气隙与一个或一个以上透明层的组合形成的复合物。导体材料层沉积于所述光学谐振腔层1370上方。导体层可接着经图案化以形成PV装置1300F的前电极，还充当IMOD掩模300的经图案化的反射器303，同时留下光学谐振腔层1370在PV电池上方未经图案化。随后PV活性层1350形成于IMOD掩模300(包括前电极)上方，且背电极1360形成于PV活性层1350上方。
如图13F中展示，在光透射过衬底的实施例中，毯覆式光学谐振腔层1370的使用可具有若干优点。如上文提及，透明导电氧化物(TCO)常常用于改进电极与光伏材料之间的接触。在图13F的实施例中，光学谐振腔结构可包括与由反射器303形成的前电极接触的TCO层或由所述TCO层形成。如从图13E与图13F之间的比较显而易见，毯覆式光学腔层1370的使用还减小装置的轮廓或构形，且因此使随后沉积(例如，薄膜PV活性层1350的沉积)更容易。
图13G说明另一实施例，其中干涉式掩模300形成于透明衬底1310的光入射面或正面上，同时前电极1390及光伏(PV)活性层1350在衬底1310的与光入射面或正面相对的背面上。在所述实施例中，归因于衬底1310在反射前电极1390与吸收器301之间的厚度，需要正面IMOD掩模300在衬底1310的正面上包括单独反射器303，其经图案化以覆盖在衬底1310的另一侧面上的反射前电极1390。在此状况下，PV装置1300G在衬底1310的背面上可具有常规构造，包括在透明衬底1310的背表面上方按顺序形成的经图案化的前电极1390、TCO层1380、PV活性层1350及背电极1360。衬底1310的正面包括按顺序形成于透光衬底1310的正面上的单独反射器303、光学谐振腔302及吸收器301的IMOD掩模300堆叠。如同在所说明的实施例的情况下，此IMOD堆叠将优选地经图案化以覆盖经图案化的前导体1390。因为所述IMOD堆叠具有其自身的反射器303及吸收器301，所以所述IMOD掩模与PV活性层1350电分离，且可因此分离地互连以形成静电MEMS IMOD。在所述实施例中，IMOD掩模300将能够如图3C及图3D所说明打开及关闭。在此状况下，光学谐振腔302可包括气隙(图3C中的340)，可移动电极(图3C及图3D中的303)可经由所述气隙移动。如将由所属领域的技术人员了解，在所述实施例中，电介质层及其它层以及用于间隔可移动电极/反射器与静止电极/吸收器的支撑柱可形成于衬底1310前面，以在衬底1310的光入射面上实施可移动IMOD掩模300。
图14A到图14B说明集成IMOD掩模与PV装置1400A的实施例，其中光伏材料为单晶半导体衬底及/或形成于所述单晶衬底上方的外延层的一部分。图14A描绘光伏(PV)装置1400B，其包含背电极1410、p型硅层1420、n型硅层1430、前导体或电极303及抗反射涂层1450。如先前提及，需要遮蔽前电极303(其可为(例如)PV阵列的总线线路或栅格线路)，或减少或最小化从其的反射。因此，如图14B中展示，干涉式掩模300可形成于电极的光入射面或正面上。此可以类似于上文描述的方式的方式使用类似材料完成。在一个实施例中，如在图14A中，所述工艺可以包含关于具有已经图案化的导体303的活性区的硅衬底或单晶硅材料开始，且IMOD掩模300形成于其上方。在另一实施例中，所述工艺可以包含无前导体或电极图案的活性区的硅衬底或单晶硅材料开始，且所述前导体使用类似于上文相对于图10A到图10G及图11A到图11D论述的技术作为反射器303连同光学谐振腔302及吸收器301一起形成。如先前提及，吸收器301及光学谐振腔302或单独吸收器可经图案化以大体上与前电极/反射器303对准，以便如图14B中所示覆盖反射器303。在另一实施例中，吸收器301及光学谐振腔302或单独吸收器可经图案化以便遵循前电极/反射器303的图案，但较宽以覆盖比反射器303大的表面区域。如在图11D及图13F中，可留下光学谐振腔层未经图案化或光学谐振腔层可毯覆于PV电池上方，而前电极/反射器303及吸收器301经图案化。在又一实施例中，吸收器301、光学谐振腔302及/或前电极/反射器303可经丝网印刷，在所述状况下形成及图案化同时进行。形成前电极/反射器、光学谐振腔及吸收器的层可以任一分组一起或单独地丝网印刷。此外，一些层可通过光刻及蚀刻图案化，而其它层可经丝网印刷。
前述实施例教示可用以以干涉方式遮蔽具有广泛多种构造的PV装置的前电极的IMOD掩模构造。举例来说，除了上文论述的薄膜及晶体硅PV电池及透射衬底实施例之外，干涉式或IMOD掩模可用于遮蔽从薄膜干涉增强的光伏电池或装置的前电极的反射。
图15说明PV装置1500的实施例，其中干涉式掩模300遮蔽从反射器303的反射，反射器303可充当形成于适合衬底1510上的干涉增强电池的前导体或电极。在所说明的实施例中，导体303经由TCO层1550与PV活性层1540电接触。在其它实施例中，导体303直接与活性层1540电接触，或经由未图示的其它层及材料与其电接触。所说明的干涉调谐的光伏电池包含反射器1520及安置于PV活性层1540的光入射面的后面或与所述光入射面相对的光学谐振腔1530。PV活性层1540可包含薄膜光伏材料，例如非晶硅、CIGS或其它半导体薄膜光伏材料。反射器1520及光学谐振腔1530的光学性质(尺寸及材料性质)经选定以使得从分层PV装置1500的界面的反射相干地相加以在光伏电池的PV活性层1540中产生增加的场，其中光能转化成电能。所述干涉增强的光伏装置增加在干涉式光伏电池的活性区中的光能的吸收，且从而增加装置1500的效率。在关于此实施例的变型中，可采用多个光学谐振腔以单独地调谐不同光波长且最大化所述PV活性层中的吸收。嵌埋的光学谐振腔1530可包含透明导电或电介质材料、气隙或其组合。
参看图16，在其中光伏装置的背面可为可见的应用中，例如，针对窗口应用，干涉式掩模300可与光伏活性层1350集成或形成于光伏活性层1350的背面上，且更明确地形成于背电极1660(参见图16)的背面上方。如同前电极1690，背电极1660趋向于为反射性的且当可见时为不适宜的。在一些实施例中，IMOD掩模300经配置以使得从掩模反射的光的色彩大体上匹配光伏装置的背面上的周围特征的色彩。在一些实施例中，IMOD掩模300经配置以使得从掩模反射的光的色彩大体上匹配可见光谱中的色彩。在一些实施例中，从IMOD掩模300反射的光落在与可见光谱相关联的波长内。在一些实施例中，IMOD掩模300经配置以使得极少或无可见入射光从IMOD掩模300的背面反射，从而使得从正视角度IMOD掩模表现为黑色。IMOD掩模300因此可大大地将从背电极的反射率(正常为30％到90％)减少到小于10％或小于5％。如果黑色外观为所要的，则反射率可为约1％到3％。
在一些实施例中，背面干涉式掩模300可跨越晶片或跨越电池图案化以覆盖背电极1660中的任一图案。从PV功能性的观点，由于待转化的光经过正面且背面可为不透明的，所以所述图案化可不为需要的，使得背面干涉式掩模可毯覆或覆盖晶片的整个背面。然而，对于其中背面可见的应用，窗口或太阳能面板的若干部分常常为次透明、透明或半透明的。在所述状况下，图案化IMOD掩模300以遵循背电极1660的图案可有助于维持邻近背电极1660的区中的透明性，从而允许一些光穿过。如上文论述，相对于前电极，所述IMOD掩模图案可与背电极图案对准或可能覆盖或延伸超出背电极的表面小于10％或小于5％。并且，类似于正面IMOD掩模，背面掩模300的光学谐振腔302可以光学透明膜形成，所述光学透明膜包括导电或电介质层、气隙、多个层或层与气隙的组合。
参看图17A到图20，干涉式调制器(IMOD)掩模可遮蔽导电带或翼片的高反射率。所述带连接跨越多个光伏(PV)装置、电池或晶片的电极或总线以形成大太阳能面板，其大大地增加可转化成直流电的电荷的量。导电带上方IMOD掩模的引入遮蔽或融合反射带与周围光伏装置的外观，从而使得所述装置对消费者更有吸引力。对于典型PV装置，IMOD掩模减少PV装置的正面或背面上从带的反射，以使从带的强反射变暗。在一些实施例中，IMOD掩模经配置以使得从掩模反射的光的色彩大体上匹配光伏装置上的周围特征的色彩。在一些实施例中，IMOD掩模经配置以使得从掩模反射的光的色彩大体上匹配可见光谱中的色彩。在一些实施例中，从IMOD掩模反射的光落在与可见光谱相关联的波长内。在一些实施例中，IMOD掩模经配置以使得极少或无可见入射光从IMOD掩模300反射，从而使得从正视角度IMOD掩模表现为黑色。如上文相对于前电极论述，IMOD掩模优选地展现在小于10％或甚至小于5％的可见范围中的反射率。如果黑色外观为所要的，则IMOD掩模可布置在约1％到3％范围中的反射率。在其它布置中，“遮蔽”可涉及以干涉方式产生与装置上的邻近特征融合的可见光谱中的色彩。“彩色”IMOD掩模可反射相干波长带以表现为(例如)红色、绿色、蓝色、橙色等。
参看图17A，在一个实施例中，导电带在所述带的一个侧面上与干涉式掩模堆叠集成。所说明的导电带包含细长导体层303、光学谐振腔302及吸收器层301。在一些实施例中，单独的金属反射器层或镜层(未图示)在光学谐振腔302及吸收器层301的沉积之前沉积于导体层303上。镜层可由Al或Mo或其它类似材料形成。在图17A中展示的实施例中，导体层303自身充当IMOD掩模300的反射器及携载PV电池之间的大量电流的导电带材料两者。所述导体层通常经定尺寸具有足以连接多个PV装置、电池或晶片的长度及足以产生高导电性的宽度1702及厚度1704。典型厚度1704在0.08mm与0.3mm之间，而典型宽度1702在1.5mm与15mm之间。导体层303的边缘可为成角度的或圆化的。导体层303通常包含铜，但可以其它导电材料形成。光学谐振腔302可由光学透明电介质层(例如，SiO2)或光学透明导电材料(例如，ITO或ZnO)形成。如先前针对正面及背面IMOD掩模描述，光学谐振腔302可使用多个层、气隙及其组合以单一光学透明层形成。光学谐振腔302在尺寸上经配置以使得其优化选择光波长的相长及/或相消干涉，例如选择针对相长或相消干涉的与可见光谱相关联的某些波长。
如图17A中展示，导体层303的两个主要侧面中的一者可被涂覆或层压有光学谐振腔302及吸收器层301。形成图17A的实施例的一种方式为将带导体放置于支撑层1710(例如卷带或另一衬底)上，且用额外材料涂覆所述带导体以在暴露表面上形成光学谐振腔302及吸收器层301。在带导体303上涂覆光学谐振腔302及吸收器层301的另一方式为在辊之间卷绕所述带导体同时用溅射工具沉积所述层301、302。
参看图20，具有经集成的IMOD掩模300的预制造带可接着与多个太阳能电池2010的接点、电极或总线互连以形成较大太阳电池板2000。所述晶片从堆叠卸下且对准。所述光伏带按长度切割且具备应力消除弯曲。尽管图20说明施加到晶片的背面的光伏带，但此工艺还可在正面上执行。
图17B说明施加到待互连的导体的至少一部分的焊料1720或具有另一材料的粘着层的使用。如图17B中说明，经集成的IMOD掩模300的导体303接着放置于焊料1720上，焊料1720定位于电池接点1730的顶上或前电极1790上。尽管说明焊料1720经由电池接点1730接触背电极1760，但应理解焊料还可直接接触背电极。此方法对于在单一步骤中或多个步骤中经由绝缘材料将带导体303焊接到前电极1790、背电极1760及/或接点1730上为有用的。在一些实施例中，IMOD掩模300还可为导电的，以促进导电特征间的电接触。
所属领域的技术人员将了解，图17B的结构还可通过多个PV装置的带互连的标准形成继之以IMOD掩模层的荫遮蔽(shadow-masked)沉积或沉积及图案化而获得。尽管所述工艺可省略焊料或其它导电粘着层，但在大的互连太阳能面板上的薄膜沉积实际上为困难的。
在图18A中说明的另一实施例中，为在较大程度上使制造简单，带导体303在两个侧面上用干涉式掩模堆叠涂覆，以在将所述带附着在PV装置上之前形成经集成的IMOD遮蔽带1800。在此实施例中，光学谐振腔302优选地由透明导电材料形成，例如透明导电氧化物(TCO)(例如，ITO或ZnO)。吸收器层301还优选地由导电材料(例如，半透明厚度的Mo、Cr、MoCr或Ti)形成，以便促进PV装置的导体与带导体303(其在所说明的实施例中还充当IMOD掩模300的反射器)之间的电接触。因此，经涂覆带1800可容易地焊接或以其它方式电及机械地连接到PV装置的导体。如相对于图17A提及，围绕带实施例的IMOD掩模300还可包括带导体303与光学谐振腔302之间的单独的反射镜层。
图18B说明附着经集成的IMOD遮蔽带1800与光伏装置的一种方法的近视图。在此实施例中，具有光学谐振腔302及涂覆于带导体303的两个侧面上的吸收器层301的经集成的IMOD遮蔽带1800施加到PV装置的前电极1890且经由粘着层1810附着。在所说明实施例中，前电极1890经由TCO层1880与PV活性层1850电连通。此方法类似于图17B中展示的焊接方法，不同之处为带导体303变为与经集成的IMOD掩模300一起预制造。
在图19中说明的另一实施例中，IMOD掩模层(光学谐振腔302及吸收器层301)及带导体303经预制造但单独地提供。举例来说，形成光学谐振腔302及吸收器层301的层任选地以释放层(未图示)形成于卷带或其它衬底(未图示)上。在此实施例中，导体带303及光伏层可在带固定或焊接时或随后集成于所述PV装置上。参看图17B及图19，根据一种可能的顺序，第一焊料1720放置于PV装置的待互连的前电极及背电极上。接下来，带导体303与前述电池接点1730、前电极1790及/或背电极1760对准且焊接或固定于适当位置。接下来，IMOD掩模层(光学谐振腔302及吸收器层301)涂覆或层压于带导体303上。
尽管前述详细描述揭示本发明的若干实施例，但应理解此揭示内容仅为说明性的且并不限制本发明。应了解所揭示的特定配置及操作可不同于上文所描述的那些配置及操作，且本文描述的方法可在不同于半导体装置的制造的情形中使用。

Claims (55)

1.一种用于光伏装置的带，其包含：
细长导体，其经配置以电连接多个光伏电池，所述导体具有反射表面；
光学谐振腔层，其安置于所述导体的所述反射表面上；以及
吸收器层，其中所述吸收器层安置于所述光学谐振腔层上，
其中所述光学谐振腔及所述吸收器层经配置而以干涉方式减少从所述导体的反射。
2.根据权利要求1所述的带，其中所述反射表面由沉积于带导电层上方的金属反射层界定。
3.根据权利要求2所述的带，其中所述金属反射层安置于所述光学谐振腔层与所述导体之间。
4.根据权利要求2所述的带，其中所述反射器层安置于所述带导电层的一个侧面上。
5.根据权利要求2所述的带，其中所述反射表面安置于所述带导电层的上部侧面及下部侧面上。
6.根据权利要求1所述的带，其中所述反射表面由形成所述导体的导体表面的单一导电层的表面界定。
7.根据权利要求1所述的带，其中所述光学谐振腔及所述吸收器层安置于所述导体的一个侧面上。
8.根据权利要求1所述的带，其中所述光学谐振腔及所述吸收器层安置于所述导体的两个侧面上。
9.根据权利要求8所述的带，其中所述光学谐振腔及所述吸收器层围绕所述导体。
10.根据权利要求9所述的带，其中所述光学谐振腔层及所述吸收器层由导电材料制成。
11.根据权利要求1所述的带，其中所述光学谐振腔层及所述吸收器层经配置以使得从所述导体反射的光的色彩大体上匹配所述光伏装置上的周围特征的色彩。
12.根据权利要求11所述的带，其中所述光学谐振腔层及所述吸收器层经配置以使得所述从所述导体反射的光的色彩大体上匹配可见光谱中的色彩。
13.根据权利要求1所述的带，其中所述从所述导体反射的光落在与所述可见光谱相关联的波长内。
14.根据权利要求1所述的带，其中所述光学谐振腔层及所述吸收器层经配置以使得极少或无入射可见光从所述导体反射，从而使得从正视角度所述带表现为黑色。
15.根据权利要求1所述的带，其中所述光学谐振腔层及所述吸收器层经配置以使得从所述导体的在可见范围中的反射率小于10％。
16.根据权利要求1所述的带，其进一步包含：
显示器；
处理器，其经配置以与所述显示器通信，所述处理器经配置以处理图像数据；以及
存储器装置，其经配置以与所述处理器通信。
17.根据权利要求16所述的带，其进一步包含：
驱动器电路，其经配置以将至少一个信号发送到所述显示器。
18.根据权利要求17所述的带，其进一步包含：
控制器，其经配置以将所述图像数据的至少一部分发送到所述驱动器电路。
19.一种光伏装置，其包含：
用于从所述装置的一个侧面上的入射光产生电流的装置；
用于遮蔽来自所述电流产生装置的反射光的装置；以及
用于对准及互连多个电流电池与所述电流产生装置的装置。
20.根据权利要求19所述的装置，其中所述用于产生电流的装置包含细长导体。
21.根据权利要求20所述的装置，其中所述用于遮蔽来自所述电流产生装置的反射光的装置包含安置于所述细长导体上方的干涉式掩模层，其中所述干涉式掩模层包含光学谐振腔及吸收器层。
22.一种互连多个光伏电池的方法，其包含：
沿多个光伏电池对准带导体，其中所述带导体包含导电层、所述导电层上方的光学谐振腔及所述光学谐振腔上方的吸收器层；以及
沿所述多个光伏电池附着所述带导体，以使得所述带导体操作地耦合到所述光伏电池且所述光伏电池电互连。
23.根据权利要求22所述的方法，其进一步包含提供具有应力消除弯曲的所述带导体。
24.根据权利要求22所述的方法，其中附着所述带导体包含使用粘着层。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述粘着层包含焊料。
26.根据权利要求22所述的方法，其中所述光伏电池具有多个以下各项中的至少一者：前电极、背电极及接点。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述带导体经由绝缘材料连接所述多个以下各项中的至少一者：所述前电极、背电极及接点。
28.根据权利要求22所述的方法，其中所述光学谐振腔层及所述吸收器层由导电材料制成。
29.根据权利要求22所述的方法，其中所述光学谐振腔层及所述吸收器层经配置以使得从所述导体反射的光的色彩大体上匹配光伏装置上的周围特征的色彩。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述光学谐振腔层及所述吸收器层经配置以使得所述从所述导体反射的光的色彩大体上匹配可见光谱中的色彩。
31.根据权利要求22所述的方法，其中所述从所述导体反射的光落在与所述可见光谱相关联的波长内。
32.根据权利要求22所述的方法，其中所述光学谐振腔层及所述吸收器层经配置以使得极少或无入射可见光从所述导体反射，从而使得从正视角度所述带表现为黑色。
33.根据权利要求22所述的方法，其中所述光学谐振腔层及所述吸收器层经配置以使得从所述导体的在可见范围中的反射率小于10％。
34.一种制造用于光伏装置的带导体的方法，其包含：
提供导电条带；以及
用多个层涂覆所述导电条带，其中所述层在所述导电条带上方形成光学谐振腔且在所述光学谐振腔上方形成光学吸收器层以界定干涉式调制器掩模。
35.根据权利要求34所述的方法，其中在两个侧面上涂覆所述导电条带。
36.根据权利要求34所述的方法，其中所述干涉式调制器掩模经配置以将从所述导电条带的可见反射率以干涉方式减少到小于10％。
37.根据权利要求34所述的方法，其中所述光学谐振腔及所述吸收器层以导电材料形成。
38.根据权利要求37所述的方法，其中所述光学谐振腔以ITO及ZnO中的至少一者形成。
39.根据权利要求37所述的方法，其中所述吸收器层由Mo、Cr、MoCr及Ti中的至少一者形成。
40.根据权利要求34所述的方法，其进一步包含安置于所述光学谐振腔层与所述导体条带之间的反射层。
41.根据权利要求34所述的方法，涂覆所述导电条带包含：
提供具有干涉式掩模层的衬底，其中所述干涉式掩模层包含光学谐振腔及吸收器层；
随后将所述具有所述干涉式掩模层的衬底层压于所述导电条带上；以及在所述导电条带上的层压之后从所述干涉式掩模层移除所述衬底。
42.一种用于将光能转化成电能的系统，其包含：
多个光伏电池；
导体层，其电连接所述多个光伏电池；以及
多个层，其在所述导体层上方形成光学干涉式调制器掩模，其中所述掩模经配置以遮蔽从所述导体层的反射。
43.根据权利要求42所述的系统，其进一步包含粘着材料，所述粘着材料经配置以用于使所述导体层及光学干涉式调制器掩模与所述多个光伏电池接合。
44.根据权利要求43所述的系统，其中所述粘着材料包含焊料。
45.根据权利要求42所述的系统，其中所述光学干涉式调制器掩模经配置以表现为黑色。
46.根据权利要求42所述的系统，其中所述光学干涉式调制器掩模经配置以将所述导体层上方的可见反射率减少到小于10％。
47.根据权利要求42所述的系统，其中所述光学干涉式调制器掩模经配置以匹配周围结构的可见色彩。
48.根据权利要求42所述的系统，其中所述多个层界定光学谐振腔层；及在所述光学谐振腔层上方的吸收器层。
49.根据权利要求48所述的系统，其中所述多个层进一步包含所述光学谐振腔层与导电层之间的反射镜层。
50.根据权利要求48所述的系统，其中所述光学谐振腔包含电介质层。
51.根据权利要求48所述的系统，其中所述光学谐振腔包含光学透明导电层。
52.根据权利要求48所述的系统，其中所述光学谐振腔包含多个层。
53.根据权利要求48所述的系统，其中所述光学谐振腔沿所述导体层的正面及背面两者安置，以使得所述光学谐振腔大体上围绕所述导体层。
54.根据权利要求48所述的系统，其中所述吸收器层包含导电半透明厚度的金属材料。
55.根据权利要求54所述的系统，其中所述金属材料选自由Cr、Mo、MoCr及Ti组成的群组。
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