CN101573802B - 光伏器件用的高保真纳米结构体和阵列及其制造方法 - Google Patents

光伏器件用的高保真纳米结构体和阵列及其制造方法 Download PDF

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Abstract

光伏器件包括受电子材料和给电子材料。受电子或给电子材料之一作为本体异质结的第一部件以第一结构体的预定阵列构造和确定尺寸，各第一结构体在三维形状上基本相同，具有基本相同的横截面尺寸，且其中第一结构体阵列的各第一结构体与该预定阵列的相邻第一结构具有基本相同的取向，从而形成基本均匀的阵列。

Description

光伏器件用的高保真纳米结构体和阵列及其制造方法
政府权益
本发明在依据Agreement No.CHE-9876674来自Office of NavalResearch No.N000140210185和STC program of the National ScienceFoundation的美国政府资助下作出。美国政府在本发明中具有某些权利。
对相关申请的交叉引用
本申请基于2006年5月9日提交的美国临时专利申请系列号No.60/798,858；2006年5月12日提交的美国临时专利申请系列号No.60/799,876；和2006年7月27日提交的美国临时专利申请系列号No.60/833,736，和2007年2月27日提交的美国临时专利申请系列号No.60/903,719并要求它们的优先权；它们各自全文经此引用并入本文。
本申请也是2006年6月19日提交的美国专利申请系列号No.10/583,570(其是进入国家阶段的2004年12月20日提交的PCT国际专利申请系列号No.PCT/US04/42706，其基于2003年12月19日提交的美国临时专利申请系列号No.60/531,531、2004年6月25日提交的美国临时专利申请系列号No.60/583,170和2004年8月27日提交的美国临时专利申请系列号No.60/604,970并要求它们的优先权)的部分继续申请案；2006年6月19日提交的PCT国际专利申请系列号No.PCT/US06/23722(其基于2005年6月17日提交的美国临时专利申请系列号No.60/691,607、2005年9月7日提交的美国临时专利申请系列号No.60/714,961、2005年11月7日提交的美国临时专利申请系列号No.60/734,228、2006年1月27日提交的美国临时专利申请系列号No.60/762,802、和2006年5月12日提交的美国临时专利申请系列号No.60/799,876并要求它们的优先权)的部分继续申请案；2006年9月7日提交的PCT国际专利申请系列号No.PCT/US06/34997(其基于2005年9月7日提交的美国临时专利申请系列号No.60/714,961、2005年11月7日提交的美国临时专利申请系列号No.60/734,228、2006年1月27日提交的美国临时专利申请系列号No.60/762,802、和2006年5月12日提交的美国临时专利申请系列号No.60/799,876并要求它们的优先权)的部分继续申请案；和PCT国际专利申请系列号No.PCT/US06/43305和美国专利申请No.11/594,023(两者均于2006年11月7日提交，都基于2005年11月7日提交的美国临时专利申请系列号No.60/734,228、2006年1月27日提交的美国临时专利申请系列号No.60/762,802和2006年5月12日提交的美国临时专利申请No.60/799,876并要求它们的优先权)的部分继续申请案，和2007年1月29日提交的PCT国际专利申请系列号No.PCT/US2007/002476(其基于2006年1月27日提交的美国临时专利申请系列号No.60/762,802、2006年5月9日提交的美国临时专利申请系列号No.60/798,858、2006年5月12日提交的美国临时专利申请系列号No.60/799,876、和2006年7月27日提交的美国临时专利申请系列号No.60/833,736并要求它们的优先权)的部分继续申请案，它们各自全文经此引用并入本文。
本发明的技术领域
大体上，本发明涉及光伏器件及其制造方法。更特别地，所述光伏器件以纳米结构级制造。
发明背景
光伏器件(PV)是如今可得的唯一真实的便携和可再生能源。通常，太阳能电池通过经激子将光能转化成电来发电。在吸收光时，电子从最高占据分子轨道(HOMO)提升至最低未占分子轨道(LUMO)，从而形成激子。在PV器件中，在该过程后必须进行激子离解以形成电子和空穴。随后电子必须在电场存在下到达一个电极，同时空穴必须到达另一电极以实现电荷分离。通常，通过电极的不对称电离能/功函提供电场。太阳能电池器件的材料和体系结构应该能够实现和促进电荷分离和激子迁移。但是，迁移激子的寿命极短，且因此，激子在电子与其留下的空穴重组之前通常只能短距离扩散，即大约10纳米至大约100纳米。为了将电子和与其结合的空穴分离，电子必须在电子与其留下的空穴重组之前到达受电子材料，即具有更高电子亲合势的材料的结点(junction)。因此，受电子材料应该位于电子起源处的迁移距离内。由于初级激子离解位点(primary exciton dissociation site)位于电极界面，这限制了该器件的有效捕光厚度，且如果该层太厚，在有机层中部形成的激子从未到达电极界面。相反，电子如上所述重组且势能损失。
太阳能电池器件的效率通常与构成太阳能电池的材料的纳米级组织或结构相关。廉价有机太阳能电池器件具有低效率，因为激子在多数有机半导体中不容易离解。为了促进激子离解，提出异质结概念，其使用具有不同电子亲合势和电离势的两种材料。为了获得有效的捕光和激子离解，使用本体异质结(BHJ)，其中在电子给体和受体材料的互穿网络中激子从其发生到其离散位点必须扩散的距离降低。但是，尽管本领域中已经提出这种概念框架，但对纳米级形态和结构缺乏控制造成给体和受体材料的无规分布，这造成导电路径中的电荷俘获。
已经使用数种方法制造BHJ，如：通过加工条件控制混合物形态；给体-受体共聚物的合成；使用多孔有机和无机薄膜作为模板；自组织；和小分子共升华形成分级的给体-受体异质结构。这类方法进一步描述在：C.J.Brabec，Solar Energy Materials&Solar Cells 83，273(2004)；H.Spanggaard，F.C.Krebs，Solar Energy Materials&Solar Cells 83，125(2004)；F.Yang，M.Shtein，S.R.Forrest，Nature Materials 4，37(2005)；J.Nelson，Current Opinion in Solid State and Materials Science 6，87(2002)；和N.Karsi，P.Lang，M.Chehimi，M.Delamar，G.Horowitz，Langmuir，22，3118(2006)中；它们各自全文经此引用并入本文。但是，由于固态材料的不混溶性以及有限制的合成法和高成本，这些方法造成缺乏纳米级形态和结构控制。此外，试图控制纳米级形态的现有PV制造法不能产生所需均匀结构并将光伏电池的总体尺寸或占据空间(footprint)限制为大约1平方毫米，且不能用于大面积器件制造。
因此，需要具有精心设计或预定的纳米级形态、可以由几乎任何材料制成，并且可以以大于数平方毫米的总体尺寸制造的太阳能电池。
发明概述
本发明包括光伏器件的高保真本体异质结(high fidelity bulkheterojunction)。该本体异质结的部件包括以第一结构体的预定阵列(apredetermined array of first structures)构造和确定尺寸的部件，其中该第一结构体阵列的各第一结构体在三维形状上基本相同，且其中该第一结构体阵列的各第一结构体具有基本相同的横截面尺寸，该横截面尺寸小于大约100纳米。
在一些实施方案中，该光伏器件进一步包括，该第一结构体阵列的各第一结构体与该预定阵列的相邻第一结构体具有基本相同的取向，从而形成基本均匀的阵列。第一部件的第一结构体的三维形状可以是圆柱形(cylinder)、栏形(column)、线形结构体、或在另一些实施方案中为锥体。在一些实施方案中，该光伏器件进一步包含第二部件，其中该第二部件具有第二结构体的阵列，这些第二结构体的三维形状经构造和确定尺寸以啮合第一部件的预定三维形状的第一结构体的阵列。
在备选实施方案中，本发明的光伏器件包括光伏电池，其具有总体尺寸大于大约1平方厘米、总体尺寸大于大约2.5平方厘米、总体尺寸大于大约5平方厘米、总体尺寸大于大约10平米厘米、总体尺寸大于大约15平方厘米、或总体尺寸大于大约20平方厘米的第一结构体预定阵列。
在另一些备选实施方案中，第一部件的第一结构体的三维形状的横截面尺寸小于大约95纳米，小于大约90纳米，小于大约85纳米，小于大约80纳米，小于大约75纳米，小于大约70纳米，小于大约65纳米，小于大约60纳米，小于大约55纳米，小于大约50纳米，小于大约45纳米，小于大约40纳米，小于大约35纳米，小于大约30纳米，小于大约25纳米，小于大约20纳米，小于大约15纳米，或小于大约10纳米。
在另一些备选实施方案中，第二部件的第二结构体的三维形状各自具有小于大约100纳米，小于大约90纳米，小于大约80纳米，小于大约70纳米，小于大约60纳米，小于大约50纳米，小于大约40纳米，小于大约30纳米，小于大约20纳米或小于大约10纳米的横截面尺寸。
在一些实施方案中，第一部件包括金属氧化物。在一些实施方案中，第二部件是吸光材料。在进一步实施方案中，第一部件是结晶、半结晶或非晶的。在再进一步实施方案中，第一部件包括选自TiO2、P3HT、PCBM、ITO和PPV的材料。在一些实施方案中，第一部件是给电子材料。在另一些实施方案中，该本体异质结的第二部件沉积在第一结构体的预定阵列的间隙空间内。
根据本发明的一些实施方案，光伏器件包括以由模具制成的第一结构体的基本均匀阵列构造和确定尺寸的本体异质结第一部件，其中各结构体在三维形状上基本相同。在一些实施方案中，该模具是含氟聚合物、PFPE或PFPE前体。
在一些实施方案中，本发明的光伏器件包括以基本类似的三维形状第一结构体的预定基本均匀阵列构造和确定尺寸的第一部件，其中基本类似的三维形状第一结构体的预定基本均匀阵列通过下列方法制备：在含氟聚合物模具中模制基本类似的三维形状第一结构体的预定基本均匀阵列。
在一些实施方案中，形成光伏器件的方法包括：提供限定基本相同三维结构化空腔的阵列的含氟聚合物模具，向含氟聚合物模具的基本相同三维结构化空腔中引入第一材料，将含氟聚合物模具的基本相同三维结构化空腔中的第一材料硬化，和从含氟聚合物模具的基本相同三维结构化空腔中取出硬化的第一材料。
在一些实施方案中，本发明包括具有以第一结构体的预定基本均匀阵列构造和确定尺寸的活性给电子部件的光伏器件，其中该第一结构体阵列的各第一结构体在三维形状上基本相同，该第一结构体阵列的各第一结构体与该基本均匀阵列的相邻第一结构体具有基本相同的取向且该第一结构体阵列的各第一结构体具有基本相同的横截面尺寸。
根据一些实施方案，光伏器件包括受电子材料和给电子材料，给电子材料经构造和尺寸确定以使其位于受电子材料附近。此外，受电子材料或给电子材料中的至少一个包括由模板制成的纳米级结构，其中该模板包括低表面能聚合材料。
在另一些实施方案中，光伏器件包括具有纳米级特征(feature)的电子转移材料层，其中该纳米级特征用由低表面能聚合材料制成的模具模制。
在另一些实施方案中，制造光伏器件的方法包括提供由低表面能聚合材料制成的模具，其中该模具包括构造在其中的纳米级凹进。接着，将第一光伏物质引入模具表面以使第一光伏物质进入纳米级凹进。然后，第一光伏物质在该凹进内凝固且凹进中的凝固的第一光伏物质连接到基底层上。接着，将凝固的第一光伏物质从该凹进中移出并与凝固的第一光伏物质电相邻地引入第二电子互补光伏物质。
根据一些实施方案，从模具中收取纳米粒子或纳米结构体的方法包括提供由低表面能聚合材料制成的模具，其中该模具包括纳米级凹进。将物质引入模具凹进并将模具凹进中的物质凝固以形成纳米粒子。接着，降低凹进的体积以便从凹进中至少部分排出纳米粒子。
在另一些实施方案中，收取纳米粒子的方法包括使在由低表面能材料制成的模具中形成的粒子与PDMS接触以使粒子与PDMS的粘着比粒子与模具的低表面能材料的粘着更牢固，并使PDMS与低表面能材料模具脱离接触，从而将粒子从模具中移出。
附图简述
参照附图，其中显示了本公开主题的示例性实施方案，由此清楚看出其新颖的特征和优点。
图1显示了由根据本发明的实施方案的阵列化纳米级结构体制成的太阳能电池；
图2显示了根据本发明的实施方案制造光伏器件的方法；
图3显示了根据本发明的实施方案制造纳米级结构体的另一方法；
图4显示了根据本发明的实施方案将纳米级结构体结合到基底物质上的方法；
图5显示了根据本发明的实施方案制造光伏器件的方法；
图6显示了根据本发明的实施方案收取纳米级结构体的另一方法；
图7显示了根据本发明的实施方案制成的母版模板和纳米结构化阵列聚合物的截面图；
图8显示了根据本发明的实施方案在110℃下热处理后的图案化TiO2干凝胶在不同放大率下的SEM图像；
图9显示了根据本发明的实施方案在450℃煅烧后的图案化TiO2(锐钛矿形式)在不同放大率下的SEM图像；
图10显示了根据本发明的实施方案在100℃热处理后的ZnO干凝胶的SEM图像；
图11显示了根据本发明的实施方案煅烧后的图案化ZnO的SEM图像；
图12显示了根据本发明的实施方案根据实施例8制成的煅烧ZnO的结晶形式的不同放大图；
图13显示了在两个不同放大率下的根据本发明的实施方案根据实施例9制成的煅烧ZnO的结晶形式；
图14显示了根据本发明的实施方案根据实施例10中详述的方法形成的煅烧In:ZnO的结晶形式；
图15显示了根据本发明的实施方案根据实施例11制成的煅烧In:ZnO的结晶形式的不同放大图；
图16显示了根据本发明的实施方案根据实施例12制成的图案化ITO在煅烧之前和之后的两个不同放大图；
图17显示了根据本发明的实施方案根据实施例13制成的图案化ITO在煅烧之前和之后的两个不同放大图；
图18显示了来自外径大约200纳米、内径50-100纳米且高50-80纳米的中空结构体的锐钛矿TiO2纳米杆，其中该锐钛矿TiO2纳米杆由根据本发明的实施方案的实施例14的方法形成；
图19显示了来自外径大约200纳米、内径50-100纳米且高150-200纳米的中空结构体的锐钛矿TiO2纳米杆，其中该结构体根据本发明的实施方案根据实施例15形成；
图20显示了根据本发明的实施方案通过实施例16中公开的溶液法形成的图案化P3HT的SEM图；
图21显示了根据本发明的实施方案通过如实施例17中所述的溶液法形成的图案化P3HT的SEM图；
图22显示了在玻璃或PET基底上热图案化的P3HT在不同放大率下的SEM图，其中该结构体根据本发明的实施方案根据实施例18的方法形成；
图23显示了根据本发明的实施方案通过如实施例19中所述的溶液法形成的图案化PCBM的多个SEM图；
图24显示了根据本发明的实施方案根据实施例20的方法和程序制成的PCBM-P3HT活性层网络之间的界面的截面图；
图25显示了根据本发明的实施方案由pAAO模板复制的具有小于大约50纳米的特征的TiO2复制品；且
图26A显示了具有低于50纳米结构体的母版模板，且
图26B显示了图26A的母版模板的TiO2复制品，其中母版和模板根据本发明的实施方案具有低于50纳米的结构。
优选实施方案详述
光伏器件
根据本发明的实施方案，纳米级结构体(nano-scale structure)和纳米级阵列(nano-scale array)由导电或半导电材料制造以形成高效太阳能电池器件。结构体和结构体阵列通过使用由低表面能聚合材料制成的预定纳米级模具模制材料来制造。在一些实施方案中，纳米级结构体的预定纳米级排列和/或形状具有大约1纳米至大约200纳米的尺寸。在另一些实施方案中，纳米级结构体具有大约1纳米至大约100纳米的尺寸。在再进一步实施方案中，纳米级结构体具有大约1纳米至大约50纳米的尺寸。在一些实施方案中，纳米级结构体可以排列成阵列，该阵列可以对称地、以交错方式、偏移地(offset)或以它们的一些组合组织。在一些实施方案中，纳米级结构体阵列也可以具有在每一阵列中分类提供的各种特征、尺寸、形状或组成等，如例如一些纳米级结构体的尺寸可以为大约1纳米至大约20纳米，且相同阵列的其它纳米级结构体的大小可以为大约25纳米至大约200纳米。
通常，有机太阳能电池器件包括给电子部件(p-型导体材料)和受电子部件(n-型导体材料)的互穿聚合物网络，其常被称作本体异质结。在本发明的一些实施方案中，电子给体构造成预定高保真三维结构体的预定第一结构化阵列层。在一些实施方案中，将电子受体材料填充到第一结构化阵列层的预定三维结构体之间的间隙中。在另一些实施方案中，电子受体也构造成预定高保真三维结构体的预定第二结构化阵列层。要认识到，任一层或这两层可以根据特定用途的要求构造成结构化层。
在一些实施方案中，聚合物网络可以包括但不限于，聚合物/富勒烯共混物、卤素掺杂的有机晶体和固态染料敏化器件。导电聚合物可以包括，例如但不限于，聚(亚苯基亚乙烯基)(PPV)衍生物或C60粒子。此外，基于聚合物的材料，如本文公开的材料可用于其它有机电子设备，如发光显示器(LED)和场效应晶体管(FET)。如本文所述的半导体聚合物及其制造方法可用于发光显示器(LED)、场效应晶体管(FET)和PV电池。在聚合物光伏器件中，这两种活性材料都可以表现出高光学吸收系数并可以覆盖太阳光谱的互补部分。根据一些实施方案，本发明的基于聚合物的光伏器件为太阳能电池器件提供挠性的轻重量的更大占据空间(footprint)的高保真结构体层、半透明性、低成本制造、高生产量制造、低温印刷技术、有机材料的可调节性质等。
根据一些实施方案，纳米级结构体和结构体阵列可以由例如但不限于金属、半导体、导电或半导电聚合物、本文公开的其它材料、其组合或类似物制成。
现在参照图1，显示了本发明的示例性太阳能电池光伏器件100。光伏器件100可以包括几个部件，如：高功函电极102、可以与高功函电极102接触的第一界面层104、可以包括纳米结构体106和受体材料108的给体材料第一纳米结构化阵列106、可以与低功函电极112接触的第二界面层110，和低功函电极112。在一些实施方案中，高功函电极102可以是，但不限于，玻璃上的氧化铟锡(ITO)。高功函电极102可以通过例如在电极表面上接枝带有相反取向的偶极子的分子来改性。在一些实施方案中，接枝分子可以是，但不限于，在一端带有给体基团且在另一端带有受体基团的短共轭芯。该分子可以通过可充当给体基团的反应性基团连接到电极表面上。该反应性基团可以是，但不限于，酸、硅烷、硫醇、其组合、和类似物。接枝分子可以形成自组装的单层(SAM)，其能有助于将给体/受体材料的图案化二维阵列直接连接到电极上，或将给体/受体结构的二维阵列的压花薄膜直接连接到电极上。根据一些实施方案，可以将高功函电极102改性以使其有利于在电极上形成纳米结构体阵列。
根据本发明的一些实施方案，第一界面层104可以与高功函电极102接触制造。第一界面层104可以是，但不限于，使铟和氧扩散最小化并弄平不均匀的高功函电极102(ITO)表面、防止短路、或允许实现分路中的电阻的界面空穴传输层。空穴传输材料可以是，但不限于，用聚苯乙烯磺酸掺杂的聚(亚乙基二氧噻吩)(PEDOT-PSS)。在另一些实施方案中，第一界面层104可以是自组装的单层(SAM)。SAM可以由但不限于氟化物SAM和反应性SAM的混合物制成以将高功函电极102(ITO)或低功函电极112的表面改性。SAM层也可以有助于制造带有或没有与纳米级结构化特征相关联的闪光(flash layer)或浮渣层(scum layer)的给体/受体材料阵列。根据再一些实施方案，第一界面层104可以是压花或模制薄膜，其可以由但不限于ITO透明树脂制成，该树脂通过在聚合物树脂如聚氨酯中掺入ITO粒子来制成。在另一实施方案中，第一界面层104可以是上述层的组合。
根据本发明的一些实施方案，第二界面层110可以与低功函电极112接触制造。在替换性实施方案中，可以制造第二界面层110并随后与低功函电极112接触放置。第二界面层110可以是，但不限于下列：充当激子阻隔和电子传导层的界面层，其中该层可以由但不限于浴铜灵(BCP)制成。在替换性实施方案中，第二界面层110可以是可由但不限于氟化物SAM和反应性SAM的混合物制成的层或自组装的单层(SAM)以将低功函电极112表面改性。该层也可以有助于制造带有或没有与纳米级结构化特征相关联的闪光层的给体/受体材料二维阵列。在另一实施方案中，第二界面层110可以是上述层的组合。
根据本发明的一些实施方案，低功函电极112可以是，但不限于，Al、Au、Ag、其组合，或类似物。低功函电极112可以通过但不限于在表面上接枝带有相反取向的偶极子的分子来改性。在一些实施方案中，接枝分子可以是，但不限于，在一端附近带有给体基团且在朝向另一端带有受体基团的短共轭芯。该分子可以通过可充当给体基团的反应性基团连接到电极表面上。该反应性基团可以是，但不限于，酸、硅烷、硫醇、其组合、和类似物。接枝分子可以形成自组装的单层(SAM)，其可有助于将给体/受体结构体的纳米级图案阵列(106，108)直接连接到电极上，或将给体/受体阵列(106，108)的薄膜直接连接到电极上。根据一些实施方案，可以将低功函电极112改性以使其有利于在电极上形成带有或没有闪光层的纳米粒子或纳米结构阵列，如受体材料108。
根据一些实施方案，纳米级阵列层的纳米级结构体(106，108)可以成型为，但不限于，如图1中所示排列在矩阵中的栏或梁。在替换性实施方案中，纳米级特征阵列(106，108)可以成型为，但不限于，球体、扁球体、梯形、圆柱体、正方形、矩形、锥体、金字塔形、无定形、箭头形、线或格子、恒定厚度的线、各种厚度的线、连续线、其组合或类似形状。
在一些实施方案中，阵列形状可以在结构体之间具有均匀取向和规则间距。在另一些实施方案中，阵列形状可以具有交替形状、尺寸和取向，或无定形形状、尺寸和取向，或等等。在另一些实施方案中，阵列形状的高度可变。一个优选实施方案包括具有以阵列形式设计和取向以使结构化层的表面积最大化的结构体的结构化部件层。在一些实施方案中，纳米级粒子结构体之间的距离为大约1纳米至大约500纳米。在替换性实施方案中，纳米级粒子结构体之间的距离为大约1纳米至大约100纳米。在再替换性实施方案中，纳米级粒子结构体之间的距离为大约5纳米至大约50纳米。在再进一步实施方案中，纳米级粒子结构体之间的距离为大约5纳米至大约20纳米。纳米级粒子结构体之间的优选距离可以基本确定为是对用作给体材料106和受体材料108的给定材料而言受激电子在与其各自的空穴重组之前运行的距离。优选地，太阳能电池器件100的给电子材料106和受电子材料108的界面与给电子材料106的最远电子的距离不远于该电子在被光子激发时可运行的距离。因此，应该将受光能激发的电子转移到受电子层108中并造成有用的能量生成。
高保真光伏器件的制造
本发明的给电子和受电子部件使用由本文中更详细描述和2006年6月17日提交的公开的PCT专利申请PCT/US06/23722；2006年9月7日提交的PCT/US06/34997；2006年8月9日提交的PCT/US06/31067(它们经此引用并入本文)中公开的方法和材料制成的低表面能聚合物模板通过纳米级模制技术实现结构化。在一些实施方案中，模具由本文所述的低表面能聚合材料，例如但不限于FLUOROCURTM(LiquidiaTechnologies，Inc.)、全氟聚醚材料的前体和全氟聚醚(PFPE)材料制造。本发明的纳米级模制技术可以在一些实施方案中，由已经通过例如光刻法或蚀刻法制成预定图案的硅晶片的复制模制开始。随后将低表面能聚合材料引入蚀刻的硅晶片并固化、活化或硬化以形成硅晶片的复制模具。在替换性实施方案中，其它材料可用于本发明的模具，只要固化后的模具材料的表面能低于要引入模腔的材料的表面能即可。
纳米级结构化层可以具有模拟蚀刻的硅晶片尺寸的总体尺寸或占据空间(footprint)并包括硅晶片蚀刻图案的纳米级结构复制品。典型硅晶片具有范围在2英寸，4英寸，6英寸，8英寸，和12英寸之间(50毫米，100毫米，150毫米，200毫米，和300毫米晶片)的直径。因此，在一些实施方案中，结构化层或部件(106，108)的总体尺寸或占据空间可以模拟蚀刻的晶片的尺寸并产生占据空间为2英寸，4英寸，6英寸，8英寸，和12英寸直径范围的光伏电池。但是，应该认识到，本发明不限于2、4、6和8英寸直径占据空间。相反，本发明的光伏电池可以以母版(例如硅晶片、石英片、玻璃片、镍辊、其它图案化表面)可制成的任何尺寸和/或形状制造。在一些实施方案中，母版可以在连续法中制造并具有仅受实际制造约束限制的长度和宽度。在一些实施方案中，光伏电池可以在具有4英寸，6英寸，8英寸，12英寸，24英寸，36英寸或48英寸宽度和4英寸，6英寸，8英寸，12英寸，24英寸，36英寸，48英寸，60英寸，72英寸，84英寸，96英寸或连续长度的片材中制造。在制造后，可以将该片材切割成特定用途所需的尺寸和/或形状。本领域普通技术人员会认识到纳米结构体106可以制成的形状和/或尺寸的范围。
使用复制技术制造光伏器件
现在参照图2，可以根据PRINTTM方法和如上文引用的公开PCT专利申请公开的那样制造图案化纳米结构体。根据图2，提供衬底202作为纳米结构体214的背衬或基底。基底202可以是例如导电材料、半导体、不导电材料、生物相容材料、可溶解材料、聚合物、陶瓷、金属、其组合、或类似物。随后将第一物质204沉积到基底202上。根据一些实施方案，第一物质可以是给电子材料或受电子材料。优选地，第一物质是液体或可以制造成基本液态以供加工：但是，第一物质不必是液体。接着，使其上带有图案的图案化模板206与第一物质204接触。优选使图案化模板基本接触到基底202，由此在图案凸起216从图案化模板206上伸出的位置处使第一物质204移位。如图2中的示意图B所示，当图案化模板206相对于基底202放置时，第一物质被分隔在图案化模板206的图案化凹进内。在替换性实施方案中，图案化模板206可以与基底202隔开一定距离，由此使第一物质保持连通。
根据另一实施方案，通过在衬底上沉积液体如图2中的第一物质204的液滴或许多液滴，使该液体位于模板和衬底之间。此后，使模板与该液体接触以将液体在衬底表面上铺开并随后记录其中的图案。在另一些实施方案中，通过在凹进内产生的力，液体进入图案化模板的凹进，其中该力可以包括，但不限于，大气压等。该液滴可以手工放置在衬底上或通过将要模制的液体的溶液喷在表面上并使溶剂蒸发以控制沉积量来放置在衬底上。
接着，对该组合施加处理208以由此使第一物质204活化、聚合、蒸发、固化或以其它方式硬化成固体或半固体。处理208可以是任何方法，如溶剂浇铸和固化法，和本文所述的技术，例如但不限于，光固化、热固化、蒸发及其组合。一旦处理法208完成，就将图案化模板206从第一物质204和基底202的组合上移除。
接着，将第二物质210引入第一物质204和基底202的组合中以使第二物质210填充通过移除图案化模板206留下的孔或凹进图案中。第二物质210可以是任何物质、聚合物、液体、半固体、糊料、给电子材料、受电子材料、导体、半导体、活性物、生物活性物、药物、抗生素、其组合、或类似物。对第一物质204、基底202和第二物质210的组合施加第二处理212。第二处理212可以是任何处理，但特别是本文更详细公开的处理，比如例如光固化、热固化、熔体加工、蒸发、其组合和类似处理。第二处理212引发和使第二物质硬化成固体或半固体材料并可以活化第二物质212以与第一物质204结合，从而使第二物质210和第一物质204彼此化学和/或物理互锁。
根据一些实施方案，第一物质204可以是给电子材料且第二物质210可以是受电子材料，以使纳米结构体214形成光伏器件。优选地，在这类器件中，给电子/受电子材料的任何结与给电子材料的任何电子的距离会不大于大约1纳米至大约100纳米。更优选地，在光伏器件中，给电子/受电子材料的任何结合与给电子材料的任何电子的距离不大于大约5纳米至大约50纳米。再更优选地，给电子/受电子材料的任何结合与给电子材料的任何电子的距离不大于大约5纳米至大约25纳米。
根据图3，离散的预定粒子或结构体314的阵列可以通过PRINTTM法制造。在一些实施方案中，当移除图案化模板302时，粒子或结构体5014留在图案化模板302中。根据实施方案，将第一物质204(其可以例如是光伏器件的给电子或受电子材料)沉积到基底202上。然后放置图案化模板302以啮合第一物质204，从而使第一物质204与图案化模板302的纳米级凹进310相互作用。在替换性实施方案中，也可以通过气相沉积、电旋涂、其组合或类似方法将第一物质204沉积到图案化模板302中。然后施加处理312以将第一物质204固化或以其它方式凝固或半凝固成模拟图案化模板302的纳米级凹进310的形状的粒子或纳米结构体314。处理312可以是本文公开的任何处理，比如例如光固化、热固化、蒸发、熔体加工、其组合和类似处理。随后通过图案化模板302保持粒子或纳米结构体314。在替换性实施方案中，在移除图案化模板302时，在图案化模板302中制造后，粒子或结构体314留在基底202上。根据这类方法，基底202可以是该光伏器件的部件，或可以将粒子314转移到薄膜上以进一步转移到光伏器件上，或从基底202直接转移到光伏器件的层上。
接着，为了根据本发明的实施方案形成光伏器件，可以将图3的粒子或纳米结构体314转移到基础物质上或与基础物质结合，该基础物质是例如高或低功函电极或电子给体或受体材料。现在参照图4，将基础物质402置于基底202上。基础物质402可以是但不限于，界面层或SAM层，如氟化层、粘合层、反应性层、或其组合和类似层。基底可以通过但不限于在电极表面上接枝带有相反取向的偶极子的分子来改性。接枝分子可以是，但不限于，在一端带有给体基团且在另一端带有受体基团的短共轭芯。该分子通过可充当给体基团的反应性基团连接到电极表面上。该反应性基团可以是，但不限于，酸、硅烷、硫醇、其组合、和类似物。接枝分子可以形成自组装的单层(SAM)，其可有助于，但不限于，将给体/受体的图案化二维阵列直接连接到电极上，或将给体/受体的二维阵列的压花薄膜直接连接到电极上。接着，将图案化模板302保持的粒子二维阵列308再放置成与基础物质202相连并施加处理以使基础物质402硬化、固化、活化或以其它方式凝固。该处理也可以是使结构体314结合到基础物质402上的处理。结构体314可以可移除地结合到基础物质402上，化学键合到基础物质402上，或诸如此类。在一些实施方案中，基础物质402可能不需要处理以凝固。在一些实施方案中，结构体314可以形成给体或受体材料且基础物质402可以形成光伏器件的高或低功函电极。
在图案化物质粒子314与部件层或物质202结合后，制造带有相对于相邻结构体314以精心设计和预定布置方式成型和取向的纳米结构体314的光伏器件用纳米结构化部件层。
在如图5中所示的一些实施方案中，将第二物质502引入粒子或纳米结构体314和基础物质402的组合中。优选地，第二物质502的组成在给电子或受电子性质方面与粒子314的组成互补。因此，如果粒子314是给电子材料，则第二物质502可以是受电子材料。可以将第二物质502引入粒子314和基础物质402的组合中以使第二物质502填充由移除图案化模板302而在粒子314之间留下的敞开的空间。第二物质502可以以液体或基本液体形式引入，但第二物质502不必是液体。第二物质502也可以通过气相沉积、电旋涂、熔体加工或其它方法引入。第二物质502可以是任何物质、聚合物、液体、半固体、糊料、给电子材料、受电子材料、导体、半导体、活性物、生物活性物、药物、抗生物、其组合或类似物。
在将第二物质502引入结构体314之间的空隙后，可以对粒子314、基础物质402和第二物质502的组合施加第二处理504。第二处理504可以是任何溶剂蒸发法、熔体加工、固化处理，特别是本文更详细公开的固化处理，比如例如光固化、热固化、其组合和类似处理。第二处理504可以引发和使第二物质502固化成固体或半固体材料并可以活化第二物质502以与结构体314或第一物质结合，从而使第二物质502和结构体314彼此化学键合或锁定。在某一实施方案中，可以引入过量第二物质502以使第二物质502可以连通。过量第二物质502也可以形成第二基底层506，其可以是，但不限于，界面层、或低或高功函电极层之一。根据一些实施方案，可以将第二物质502引入纳米级图案化结构体的第一二维阵列中，其中这些结构体是从材料层上凸出的延伸物。使用与对将第二物质502引入粒子314和基础物质402的组合中所述的类似的技术，可以如图5中所示将第二物质502引入纳米级图案化结构体之间的空隙。
根据一些实施方案，第一物质204或结构体314可以是给电子材料且第二物质502可以是受电子材料，从而使组合的纳米结构体形成光伏器件。优选地，在这种器件中，给电子/受电子材料的任何结与给电子材料的任何电子的距离会不大于大约1纳米至大约100纳米。更优选地，在光伏器件中，给电子/受电子材料的任何结与给电子材料的任何电子的距离会不大于大约5纳米至大约50纳米。再更优选地，给电子/受电子材料的任何结与给电子材料的任何电子的距离会不大于大约5纳米至大约25纳米。优选地，在这种器件中，生成的激子与给电子/受电子材料的结的距离会不大于大约1纳米至大约100纳米。更优选地，在光伏器件中，生成的激子与给电子/受电子材料的结的距离会不大于大约5纳米至大约50纳米。再更优选地，生成的激子与给电子/受电子材料的结的距离会不大于大约5纳米至大约25纳米。根据实施方案，各纳米结构体106具有小于大约250纳米的横截面直径。根据另一些实施方案，各纳米结构体具有小于大约225纳米，200纳米，175纳米，150纳米，140纳米，130纳米，120纳米和110纳米的横截面直径。根据更优选的实施方案，各纳米结构体106具有小于大约100纳米的横截面直径。根据替换性的更优选的实施方案，各纳米结构体106具有小于大约95纳米，小于大约90纳米，小于大约85纳米，小于大约80纳米，小于大约75纳米，小于大约70纳米，小于大约65纳米，小于大约60纳米，小于大约55纳米，小于大约50纳米，小于大约45纳米，小于大约40纳米，小于大约35纳米，小于大约30纳米，小于大约25纳米，小于大约20纳米，小于大约15纳米，小于大约10纳米，小于大约7纳米，小于大约5纳米或小于大约2纳米的横截面直径。
受电子和给电子材料
根据本发明的一些实施方案，太阳能电池器件100的给电子106和受电子108材料可以包括，但不限于，低功函材料、高功函材料、亲电子材料、量子点、纳米粒子、微米粒子、共轭聚合物、导电聚合物、复合材料、共混材料、电掺杂材料、纳米复合材料、电子传输材料、空穴传输材料、透光材料、纳米结构材料、中结构材料(mesostructuredmaterial)、有机材料、共轭分子、无机材料、纳米杆、纳米线、纳米晶体、纳米材料、碳纳米管、C60、富勒烯、C60衍生物、TiO2、ITO、TTFCdSe纳米粒子、氧化锡、锌酞菁、铜酞菁、铁酞菁、苝四羧酸双苯并咪唑、3，4，9，10-苝四羧酸、2，9-二甲基-蒽(antra)[2，1，9-def:6，5，10-d′e′f′]二异喹啉-1，3，8，10-四酮、游离碱酞菁、浴铜灵、聚(3，4-亚乙二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸酯)、聚(2-甲氧基-5-(2’-乙基-己氧基)-1，4-亚苯基亚乙烯基)、聚(亚苯基-亚乙烯基)、(2-甲氧基-5-(3’，7′-二甲基辛氧基)-1，4-亚苯基-亚乙烯基)、PCBM＝(6，6)-苯基-C61-丁酸甲酯、聚(3-(4’-(1″，4″，7″-三氧杂辛基)苯基)噻吩)、聚(亚乙二氧噻吩)、聚(3-己基噻吩)、聚(3-辛基噻吩)、聚(3-苯基-偶氮-次甲基-噻吩)、聚乙烯基(N-咔唑)、二氰基乙烯基-四噻吩、1，1′-二烯丙基取代的4，4′-二吡啶、聚(苯基喹喔啉)、1，4-二氨基蒽醌、聚(1，6-庚二烯)、聚(1，4-吡啶基亚乙烯基)、含聚芴的材料、聚(苯胺)、硒化物纳米粒子、硫化物纳米粒子、碲化物纳米粒子、二氧化钛纳米粒子、氧化钨纳米粒子、氧化锌纳米粒子、氧化锆纳米粒子、花青、部花青、酞菁、吡咯、黄嘌呤、四硫富瓦烯、含氮的材料、含硫的材料、杯芳烃、醌、二价和三价金属、钌过渡金属络合物、锇过渡金属络合物、铁过渡金属络合物、电解质氧化还原体系、聚合电解质、光敏剂、硅纳米粒子、含硅的材料、凝胶电解质、激子阻隔层、其组合和类似物。
本发明可用的一类固态材料是导电聚合物。这些聚合物通常包括具有不饱和度以允许整个聚合结构中的电子连通的有机结构。由于聚合物通常由单体组分合成，可以通过将单体组分设计成所需特异性来推进导电聚合物的导电性质的设计。此外，含有有机和金属离子组分的聚合物通过结合不同数量的金属离子而在基于有机的聚合物上提供更大量的变量。在许多现有技术参考文献中描述了各种合成策略，它们各自简短描述如下并全文经此引用并入本文。Zotti等人公开了用二茂铁侧基改性的一些聚吡咯和聚噻吩氧化还原剂的原位电导率。据发现，通过降低二茂铁骨架距离和通过二茂铁与骨架本身的共轭，提高透过导电聚合物骨架的电子跳跃速率。Chem.Mater.1995，7，2309；Cameron等人描述了带有配位[Ru(bpy)2]2+部分的基于苯并咪唑的共轭聚合物，从而提供钌络合物与聚合物之间的直接电子传递。Chem.Commun.1997 303；Audebert等人报道了基于含金属salen的单元的一系列导电聚合物，该单元基于单核铜II、钴II、镍II和锌II络合物。在仔细选择的条件下，在单体在溶液中的电化学氧化后形成粘稠的(thick)电活性聚合物沉积。New.J.Chem.1992，16，697；Segawa等人描述了通过由低聚噻吩桥连接的相继有序的一维或二维金属卟啉聚合物的构造而产生的一系列高度有序的导电聚合物。该一维磷(V)卟啉聚合物连向卟啉环的轴向，而二维金属卟啉聚合物通过低聚噻吩基团平伏(equatorially)连接。这两种聚合物类型都通过电化学聚合技术制备。美国专利No.5,549,851论述了与胺化合物混合的含硅的聚合物。在用氧化掺杂剂，通常碘和三氯化铁掺杂时形成高导电聚合物组合物。该组合物具有改进的成型能力并容易适用于形成高导电薄膜或涂层。美国专利No.4,839,112公开了通过共面堆叠有机大环，优选共面堆叠酞菁来制造在维度导电低的制品(loWdimensionally electroconductive article)的方法。将在强布朗斯台德酸中的共面堆叠组合物形成所需形状，如纤维或薄膜。受体整合到导电聚合物骨架中已经表明产生在结合靶向分析物时提供物理特性变化的材料；Devynck等人描述了含有Co(III)卟啉位点的材料。在暴露在吡啶中时和在改变吡啶浓度时观察到Co(III)/Co(II)氧化还原对的变化。美国专利No.5,250,439报道了使用导电传感器通过测量有机导电聚合物层的电导率变化来测定试样中预定分析物的存在或浓度。这种电导率变化是由于产生迁移到导电传感器的检测区中以掺杂导电聚合物层的掺杂剂化合物。一个实例将掺杂剂化合物描述为包括在器件的反应区中在碘离子、过氧化物酶或钼(VI)催化剂之间的反应中形成的分子碘以测定葡萄糖的存在或浓度。美国专利No.4,992,244公开了使用Langmuir-Blodgett技术制成的化学微传感器。化学微传感器是基于dithiolene过渡金属络合物的薄膜，其在暴露在特定气体或蒸气及其浓度中时表现出不同程度的电流变化。授予Swager等人的美国专利No.6,323,309描述了导电聚合物过渡金属杂化材料。Swager所述的材料包括但不限于，5-(三丁基甲锡烷基)-2，2-联噻吩；5，5-双(5-二(2，2′-噻吩基))-2，2′-联吡啶；2-(三丁基甲锡烷基)-3，4-亚乙二氧噻吩；5，5′-双(3，4-亚乙二氧噻吩基)-2，2′-联吡啶；5，5’-双(2-(5-溴-3，4-亚乙二氧噻吩基))-2，2′-联吡啶；5，5′-双(5-(2，2’-二(3，4-亚乙二氧噻吩基)-2，2′-联吡啶；Rot(1，Zn)(ClO4)2；Rot(1，Cu)(BF4)；Rot(3，Zn)(ClO4)2；Rot(2，Zn)(ClO4)2；Rot(2，Cu)(BF4)；3，4-亚乙二氧-2，2′-联噻吩；2-三丁基甲锡烷基-3，4-亚乙二氧噻吩；5-(2-噻吩基)水杨醛；5-(2-(3，4-亚乙二氧)噻吩基)水杨醛；N，N′-亚乙双(5-(2-噻吩基)亚水杨基亚胺)；N，N′-亚乙双(5-(2-(3，4-亚乙二氧基)噻吩基)亚水杨基亚胺)；N，N′-亚乙双(5-(2-噻吩基)亚水杨基亚胺根合)钴(ll)；N，N′-亚乙双(5-(2-(3，4-亚乙二氧)噻吩基)亚水杨基亚胺根合)钴(II)(6)、其组合和类似物。
在其中粒子或纳米结构体作为图案化模板中独立的离散纳米粒子制造的本发明的实施方案中，纳米粒子在可用于或施用于光伏器件之前通常需要从图案化模板的空腔中收取。纳米粒子收取方法包括本文引用的申请人共同待审的公开PCT专利申请中描述的方法。根据一些方法，如图6中所示，在本文所述在模具602中制造离散纳米粒子606。在用于凝固纳米粒子606的处理之前或之后，使对粒子606具有亲合力的收取层604在粒子606与模具602仍保持相连的同时与粒子606接触。收取层604通常对粒子606具有比模具602和粒子606之间的亲合力高的亲合力。在图6D中，收取层604与模具602的分离由此使粒子606从模具602中脱出，从而使粒子606结合到收取层604上。
在一个实施方案中，收取层604对粒子606具有亲合力。例如，在一些实施方案中，收取层604在施加到模具602上时包括粘合性或粘连性表面。在另一些实施方案中，收取层604在其与模具602接触后发生转化。在一些实施方案中，该转化是收取层604的固有特性。在另一些实施方案中，处理收取层604以引发该转化。例如，在一个实施方案中，收取层604是在其与模具602接触后硬化的环氧树脂。因此，当模具602从硬化的环氧树脂上剥离时，粒子606与环氧树脂而非模具602保持啮合。在另一些实施方案中，收取层604是冷却形成冰的水。因此，当模具602与冰剥离时，粒子606与冰而非模具602保持接合。在一个实施方案中，可以将含粒子的冰熔融以产生具有一定浓度粒子606的液体。在一些实施方案中，收取层604包括但不限于，碳水化合物、环氧树脂、蜡、聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸丁酯、聚丙烯酸氰基酯和聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。在一些实施方案中，收取层604包括但不限于，液体、溶液、粉末、粒化材料、半固体材料、悬浮液、其组合或类似物中的一种或多种。
粒子或纳米级结构体可以通过动态转移，比如如图6中所示粘合到PDMS层上来从图案化模板602上收取。将PDMS层604缓慢压在含有粒子606的图案化模板模具602上，然后迅速移除PDMS层604。PDMS层604粘合到粒子上并将它们从模具602中移除。
根据另一实施方案，在速溶衬底、片材或薄膜上收取粒子和/或图案化阵列结构体。成膜剂可以包括但不限于，支链淀粉、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、聚乙烯基吡咯烷酮、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、藻酸钠、聚乙二醇、黄原胶、黄蓍胶、瓜尔胶、金合欢胶、阿拉伯树胶、聚丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯共聚物、羧基乙烯基聚合物、直链淀粉、高直链淀粉、羟丙基化高直链淀粉、糊精、果胶、甲壳质、壳聚糖、果聚糖、elsinan、胶原、明胶、玉米蛋白、谷蛋白、大豆蛋白分离物、小麦蛋白分离物、酪蛋白、其组合和类似物。
在一些实施方案中，该方法包括收取或收集粒子。在一些实施方案中，粒子的收取或收集包括选自用刮刀刮除、刷法、溶解法、超声法、兆频超声(megasonics)法、静电法和磁法的方法。在一些实施方案中，粒子的收取或收集包括对粒子的至少一部分表面施加材料，其中该材料对粒子具有亲合力。在一些实施方案中，该材料包括粘合性或粘连性表面。在一些实施方案中，该材料包括但不限于，碳水化合物、环氧树脂、蜡、聚乙烯基醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸丁酯、聚丙烯酸氰基酯、聚丙烯酸和聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。在一些实施方案中，粒子的收取或收集包括将水冷却以形成冰(例如与粒子接触)。在一些实施方案中，本公开的主题描述了通过本文所述的方法形成的粒子或许多粒子。在一些实施方案中，所述许多粒子包括许多单分散粒子。在一些实施方案中，该粒子或许多粒子选自半导体器件、晶体、药物输递载体、基因输递载体、疾病检测器件、疾病定位器件、光伏器件、致孔剂、化妆品、驻极体、添加剂、催化剂、传感器、解毒剂、磨料如CMP，微电机械体系(MEMS)、多孔支架、标记剂、药剂、和生物标记。在一些实施方案中，该粒子或许多粒子包括独立结构体。
微米-和纳米-结构体和粒子
根据一些实施方案，根据本发明公开的方法和技术形成的结构体、结构化层或粒子可以具有与所需形状和几何的模具对应的形状。根据另一些实施方案，可以用本公开主题的材料和方法制造具有许多预定规则的和预定不规则的形状和尺寸构造的纳米粒子或纳米结构体和图案化阵列。可以使用本公开主题的材料和方法制成的代表性粒子和/或阵列结构体形状的实例包括但不限于，非球形、球形、病毒形、细菌形、细胞形、杆形(例如其中该杆的直径小于大约200纳米)、手性形、直角三角形、扁平形(例如厚度大约2纳米，厚度大于大约2纳米的盘形，或类似物)、飞旋标形、其组合和类似物。
现在参照图7，母版的横截面SEM图以100纳米、200纳米和400纳米高度的尺寸显示。图7中也显示了由其它母版模制成的复制结构体阵列，其显示出根据本发明的材料和方法获得的高保真预定结构体尺寸、形状和布置。以小于50纳米的结构体尺寸模制的结构体复制品显示在图25和26中。根据图25和26，本发明的TiO2材料被显示为根据本发明的实施方案是用具有高保真和预定形状、尺寸和取向的结构体模制的复制品。
形成结构体和/或结构体阵列用的材料
在一些实施方案中，形成粒子用的材料包括，但不限于，聚合物、液体聚合物、溶液、单体、许多单体、聚合引发剂、聚合催化剂、无机前体、有机材料、给电子材料、受电子材料、光伏材料、天然产品、金属前体、磁材料、顺磁材料、超顺磁材料、带电物类、其组合、或类似物中的一种或多种。
代表性的超顺磁或顺磁材料包括，但不限于，为磁-光学用途用的Fe2O3、Fe3O4、FePt、Co、MnFe2O4、CoFe2O4、CuFe2O4、NiFe2O4和Mn掺杂的ZnS、为光学用途的CdSe和为硼中子捕获处理而用的硼酸盐。在一些实施方案中，液体材料选自抗蚀剂聚合物和低-k电介质。在一些实施方案中，液体材料包括非润湿剂。
在一些实施方案中，单体包括丁二烯、苯乙烯、丙烯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、乙烯基酮、乙烯基酯、乙酸乙烯酯、氯乙烯、氟乙烯、乙烯基醚、丙烯腈、甲基丙烯腈、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、乙酸烯丙酯、富马酸酯、马来酸酯、乙烯、丙烯、四氟乙烯、醚、异丁烯、反丁烯二腈、乙烯基醇、丙烯酸、酰胺、碳水化合物、酯、尿烷、硅氧烷、甲醛、酚、脲、三聚氰胺、异戊二烯、异氰酸酯、环氧化物、双酚A、醇、氯硅烷、二卤化物、二烯、烷基烯烃、酮、醛、偏二氯乙烯、酐、糖类、乙炔、萘、吡啶、内酰胺、内酯、缩醛、硫杂丙环、环硫化物、肽、其衍生物及其组合。
在再一些实施方案中，该聚合物包括聚酰胺、蛋白质、聚酯、聚苯乙烯、聚醚、聚酮、聚砜、聚氨酯、聚硅氧烷、聚硅烷、纤维素、直链淀粉、聚缩醛、聚乙烯、甘醇、聚(丙烯酸酯)、聚(甲基丙烯酸酯)、聚乙烯醇、聚(偏二氯乙烯)、聚(乙酸乙烯酯)、聚(乙二醇)、聚苯乙烯、聚异戊二烯、聚异丁烯、聚(氯乙烯)、聚(丙烯)、聚(乳酸)、聚异氰酸酯、聚碳酸酯、醇酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚硫化物、聚酰亚胺、液晶聚合物、杂环聚合物、多肽、导电聚合物，包括聚乙炔、聚喹啉、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩和聚(对亚苯基)、树枝状聚合物、含氟聚合物、其衍生物、其组合。
在再进一步实施方案中，形成粒子用的材料包括非润湿剂。根据另一实施方案，该材料是处于单相的液体材料。在另一些实施方案中，该液体材料包括许多相。在一些实施方案中，该液体材料包括，但不限于，多种液体、多种不混溶液体、表面活性剂、分散体、乳状液、微乳状液、胶束、微粒、胶体、致孔剂、活性成分、其组合、或类似物中的一种或多种。
在一些实施方案中，与纳米级粒子或结构体的材料一起包括附加组分以将粒子官能化。根据这些实施方案，可以将附加组分包封在分离的结构体中，部分包封在分离的结构体中，在分离的结构体的外表面上、其组合、或类似情况。附加组分可以包括，但不限于，受电子材料、给电子材料、导电材料、生物材料、金属、半导体材料、绝缘材料、其组合和类似物。
多层结构体的形成
本发明包括形成多层结构体，包括多层纳米粒子、多层受电子和/或给电子材料、多层光伏结构体和类似物的方法。在一些实施方案中，通过在衬底上沉积不混溶液体和/或溶液的多个薄层和通过本文的任何方法形成所述纳米粒子或纳米结构体来形成多层结构体。液体的不混溶性可以基于任何物理特性，包括但不限于，密度、极性、挥发性及其组合。可能的形态的实例包括但不限于，多相夹层结构体、核-壳粒子、内乳状液、微乳状液和/或纳米级乳状液、其组合和类似物。
更特别地，在一些实施方案中，该方法包括在图案化模板和衬底之间放置多种不混溶液体以形成多层结构体，例如多层纳米结构体。在一些实施方案中，该多层结构体是多层离散预定纳米粒子或纳米结构体。在一些实施方案中，该多层结构体包括选自多相夹层结构体、核-壳粒子、内乳状液、微乳状液和纳米级乳状液的结构体。
根据一些实施方案，由本发明的材料和方法制成的粒子或纳米级阵列结构体可以直接送入制剂或复合最终产物，而非先收集粒子。根据这类方法，在本发明的制造粒子的方法后，粒子通常处于可寻址的2D阵列且物理分隔。尽管粒子在刚从图案化模板中移出后通常均匀分隔，但是可以将粒子直接结合到最终产物以减轻光伏器件中的团聚问题。
本文引用的各参考文献全文经此引用并入本文，包括其中引用的各参考文献。
实施例
实施例1一般性(GENERIC)聚合物-聚合物BHJ PV电池的制造
通过将含有1-羟基环己基苯基酮的PFPE-二甲基丙烯酸酯(PFPE-DMA)倒在用相距70纳米的140纳米线图案化的硅衬底上，可以产生图案化全氟聚醚(PFPE)模具。可以使用聚(二甲基硅氧烷)模具将液体PFPE-DMA局限至所需区域。
该装置可以随后在氮气吹扫下经受紫外光(λ＝365纳米)10分钟。接着，从硅母版中释放完全固化的PFPE-DMA模具。独立地，将ITO玻璃衬底在超声浴中用丙酮和异丙醇预处理，然后用氧等离子体清洁10分钟。然后将ITO衬底用非润湿硅烷剂和增粘剂处理。此后，将电子给体材料与光引发剂混合，将样品放在处理过的ITO衬底上，并将图案化的PFPE模具放在其上。然后将衬底放在模制装置中并施加小压力以确保共形接触和推出过量给体材料。整个装置随后在氮气吹扫下经受紫外光。接着，可以将PFPE模具与处理过的ITO衬底分离。然后将电子受体材料溶液旋涂到电子给体材料上，然后将金属阴极沉积到电子受体材料上。
合意地，该电子给体材料是可光固化或热固化的。同样合意地，可以将电子受体材料以溶液形式旋涂到给体特征上，其中所用溶剂不会溶解或溶胀电子给体材料。
实施例2
使用OVPD制造PV电池以获得纳米结构化BHJ′S
通过将含有1-羟基环己基苯基酮的PFPE-二甲基丙烯酸酯(PFPE-DMA)倒在用相距70纳米的140纳米线图案化的硅衬底上，可以产生图案化全氟聚醚(PFPE)模具。可以使用聚(二甲基硅氧烷)模具将液体PFPE-DMA局限至所需区域。
该装置随后在氮气吹扫下经受紫外光(λ＝365纳米)10分钟。接着，从硅母版中释放完全固化的PFPE-DMA模具。独立地，将ITO玻璃衬底在超声浴中用丙酮和异丙醇预处理，然后用氧等离子体清洁10分钟。使用有机气相沉积(OVPD)，可以将铜酞菁(CuPc)沉积到PFPE模具上以便填充所述特征且用均匀的CuPc层连接各所述特征。该ITO衬底可以随后用增粘剂处理并将压花薄膜从模具转移到衬底上。接着，使用OVPD将3，4，9，10-苝四羧酸双-苯并咪唑(PTCBI)沉积到CuPc特征上。要指出：这两个沉积都在惰性气氛下进行。然后通过传统真空热蒸发法生长浴铜灵(BCP)的100A厚激子阻隔并导电子层和1,000A厚银阴极以完成光伏电池。
实施例3
用于微电子学的200纳米铕掺杂二氧化钛结构体的制造
通过将含有1-羟基环己基苯基酮的PFPE-二甲基丙烯酸酯(PFPE-DMA)倒在用相距70纳米的140纳米线图案化的硅衬底上，产生图案化全氟聚醚(PFPE)模具。使用聚(二甲基硅氧烷)模具将液体PFPE-DMA局限至(＝365纳米)10所需区域。该装置随后在氮气吹扫下经受紫外光λ分钟。接着，从硅母版中释放完全固化的PFPE-DMA模具。独立地，将1克Pluronic P123和0.51克EuCl3·6H2O溶解在12克无水乙醇中。将该溶液添加到2.7毫升浓盐酸和3.88毫升乙醇钛(IV)的溶液中。通过用“piranha”溶液(1∶1浓硫酸∶30％过氧化氢水溶液)处理硅/二氧化硅晶片并干燥，产生平坦均匀的表面。此后，将50微升溶胶-凝胶溶液放在处理过的硅晶片上，并将图案化的PFPE模具放在其上。然后将衬底放在模制装置中并施加小压力以推出过量溶胶-凝胶前体。整个装置随后搁置直至溶胶-凝胶前体凝固。在PFPE模具和处理过的硅晶片分离后使用扫描电子显微术(SEM)观察氧化物结构体。
实施例4
用于微电子学的分离的“无闪光”特征的制造
通过将含有1-羟基环己基苯基酮的PFPE-二甲基丙烯酸酯(PFPE-DMA)倒在用相距70纳米的140纳米线图案化的硅衬底上，产生图案化全氟聚醚(PFPE)模具。使用聚(二甲基硅氧烷)模具将液体PFPE-DMA局限至所需区域＝365纳米。该装置随后在氮气吹扫下经受紫外光λ10分钟。然后从硅母版中释放完全固化的PFPE-DMA模具。独立地，将TMPTA与1重量％光引发剂、1-羟基环己基苯基酮混合。通过处理用“piranha”溶液(1∶1浓硫酸∶30％过氧化氢水溶液)清洁过的硅晶片并用增粘剂、(甲基丙烯酸三甲氧基甲硅烷基丙基酯)和非润湿硅烷剂(1H，1H，2H，2H-全氟辛基三甲氧基硅烷)的混合物处理晶片，产生能够粘合到抗蚀剂材料上的平坦均匀的非润湿表面。该混合物范围可以从100％增粘剂到100％非润湿硅烷。此后，将50微升TMPTA放在处理过的硅晶片上，并将图案化的PFPE模具放在其上。然后将衬底放在模制装置中并施加小压力以确保共形接触和推出过量TMPTA。整个装置随后在氮气吹扫下经受UV光(λ＝365纳米)10分钟。在PFPE模具和处理过的硅晶片分离后使用原子力显微术(AFM)和扫描电子显微术(SEM)观察(光，λ)特征。
实施例5
通过下列程序制备TiO2的溶胶前体。将配有搅拌棒的圆底(RB)烧瓶在使用前在110℃炉中干燥。将该RB用橡胶隔膜加盖并用氮气吹扫。将正丁醇钛(5毫升)在氮气流下添加到RB中。向反应烧瓶中逐滴添加乙酰丙酮(3.5毫升)，然后加入异丙醇(4毫升)。在氮气氛下逐滴添加乙酸(0.12毫升)以形成清澈的黄色混合物。将该溶胶前体在使用之前在室温下搅拌3小时。为了制造图案化TiO2，将溶胶前体的等分试样添加到ITO或FTO涂布的衬底上。将带有200纳米×200纳米特征的一块FLUOROCURTM模具放在溶胶溶液上面。将该装置在压力下放在台钳中并在110℃炉中保持3小时。在冷却后，TiO2前体已经转化成干凝胶，并将FLUOROCURTM模具从衬底上移除。图8显示了通过该方法制成的图案化TiO2干凝胶的SEM图。为了将TiO2转化成锐钛矿形式，将带有图案化TiO2干凝胶的ITO/FTO衬底以4℃/分钟的加热速率加热至450℃并在450℃保持1小时。通过XRD证实煅烧TiO2的晶体形式。图9显示了煅烧后的锐钛矿形式的图案化TiO2的SEM图。
实施例6
通过下列程序制备ZnO的溶胶前体。在管瓶中，混合7.19毫升2-甲氧基乙醇和0.27毫升单乙醇胺，并搅拌该混合物以形成无色溶液。向溶液混合物中加入1克二水合乙酸锌并在室温下搅拌1小时或直至形成均匀溶液。为了制造图案化ZnO，将溶胶前体的等分试样添加到玻璃衬底上。将带有2微米特征的一块FLUOROCURTM模具放在溶胶溶液上方。将该装置在压力下放在台钳中并在100℃炉中保持2小时。在冷却后，ZnO前体已经转化成干凝胶，并将FLUOROCURTM模具从衬底上移除。图10显示了通过该方法制成的图案化ZnO干凝胶的SEM图。为了将ZnO转化成晶体形式，将带有图案化ZnO干凝胶的玻璃衬底以10℃/分钟的加热速率加热至500℃并在500℃保持1小时。通过XRD证实煅烧ZnO的晶体形式。
实施例7
通过下列程序制备ZnO的溶胶前体。在管瓶中，混合7.19毫升2-甲氧基乙醇和0.27毫升单乙醇胺，并搅拌该混合物以形成无色溶液。向溶液混合物中加入1克二水合乙酸锌并在室温下搅拌1小时或直至形成均匀溶液。为了制造图案化ZnO，将溶胶前体的等分试样添加到玻璃衬底上。将带有200纳米×200纳米特征的一块FLUOROCURTM模具放在溶胶溶液上方。将该装置在压力下放在台钳中并在100℃炉中保持2小时。在冷却后，ZnO前体已经转化成干凝胶，并将FLUOROCURTM模具从衬底上移除。图10显示了通过该方法制成的图案化ZnO干凝胶的SEM图。为了将ZnO转化成晶体形式，将带有图案化ZnO干凝胶的玻璃衬底以10℃/分钟的加热速率加热至500℃并在500℃保持1小时。通过XRD证实煅烧ZnO的晶体形式。图11显示了实施例7的煅烧后的图案化ZnO的SEM图。
实施例8
通过下列程序制备ZnO的溶胶前体。在管瓶中，混合5.7毫升2-甲氧基乙醇和0.27毫升单乙醇胺，并搅拌该混合物以形成无色溶液。向溶液混合物中加入1克二水合乙酸锌并在60℃搅拌30分钟以形成清澈溶液。为了制造图案化ZnO，将溶胶前体的等分试样添加到玻璃衬底上。将带有3微米特征的一块FLUOROCURTM模具放在溶胶溶液上方。将该装置在压力下放在台钳中并在100℃炉中保持2小时。在冷却后，ZnO前体已经转化成干凝胶，并将FLUOROCURTM模具从衬底上移除。图10显示了通过该方法制成的图案化ZnO干凝胶的SEM图。为了将ZnO转化成晶体形式，将带有图案化ZnO干凝胶的玻璃衬底以10℃/分钟的加热速率加热至500℃并在500℃保持1小时。如图12中所示通过XRD证实煅烧ZnO的晶体形式。
实施例9
通过下列程序制备ZnO的溶胶前体。在管瓶中，混合5.7毫升2-甲氧基乙醇和0.27毫升单乙醇胺，并搅拌该混合物以形成无色溶液。向溶液混合物中加入1克二水合乙酸锌并在60℃搅拌30分钟以形成清澈溶液。为了制造图案化ZnO，将溶胶前体的等分试样添加到玻璃衬底上。将带有200纳米特征的一块FLUOROCURTM模具放在溶胶溶液上方。将该装置在压力下放在台钳中并在100℃炉中保持2小时。在冷却后，ZnO前体已经转化成干凝胶，并将FLUOROCURTM模具从衬底上移除。图10显示了通过该方法制成的图案化ZnO干凝胶的SEM图。为了将ZnO转化成晶体形式，将带有图案化ZnO干凝胶的玻璃衬底以10℃/分钟的加热速率加热至500℃并在500℃保持1小时。如图13中所示通过XRD证实煅烧ZnO的晶体形式。
实施例10
通过下列程序制备铟掺杂ZnO的溶胶前体。在管瓶中，混合7.19毫升2-甲氧基乙醇和0.27毫升单乙醇胺，并搅拌该混合物以形成无色溶液。向溶液混合物中加入1克二水合乙酸锌并在室温下搅拌1小时。然后将氯化铟(3克)添加到ZnO溶胶前体中并搅拌该混合物直至其变成均匀溶液。为了制造图案化In:ZnO，将溶胶前体的等分试样添加到玻璃衬底上。将带有2微米特征的一块FLUOROCURTM模具放在溶胶溶液上方。将该装置在压力下放在台钳中并在100℃炉中保持2小时。在冷却后，In:ZnO前体已经转化成干凝胶，并将FLUOROCURTM模具从衬底上移除。图10显示了通过该方法制成的图案化In:ZnO干凝胶的SEM图。为了将In:ZnO转化成晶体形式，将带有图案化In:ZnO干凝胶的玻璃衬底以10℃/分钟的加热速率加热至500℃并在500℃保持1小时。如图14中所示，通过XRD证实煅烧In:ZnO的晶体形式。
实施例11
通过下列程序制备铟掺杂ZnO的溶胶前体。在管瓶中，混合7.19毫升2-甲氧基乙醇和0.27毫升单乙醇胺，并搅拌该混合物以形成无色溶液。向溶液混合物中加入1克二水合乙酸锌并在室温下搅拌1小时。然后将氯化铟(3克)添加到ZnO溶胶前体中并搅拌该混合物直至其变成均匀溶液。为了制造图案化In:ZnO，将溶胶前体的等分试样添加到玻璃衬底上。将带有200纳米特征的一块FLUOROCURTM模具放在溶胶溶液上方。将该装置在压力下放在台钳中并在100℃炉中保持2小时。在冷却后，In:ZnO前体已经转化成干凝胶，并将FLUOROCURTM模具从衬底上移除。图10显示了通过该方法制成的图案化In:ZnO干凝胶的SEM图。为了将In:ZnO转化成晶体形式，将带有图案化In:ZnO干凝胶的玻璃衬底以10℃/分钟的加热速率加热至500℃并在500℃保持1小时。如图15中所示，通过XRD证实煅烧In:ZnO的晶体形式。
实施例12
通过下列程序制备ITO的溶胶前体。在管瓶A中，加入2.05克五水合硝酸铟、0.15克五水合氯化锡、3.16克乙酰丙酮和0.009克水，并将该混合物在50℃搅拌2小时。在管瓶B中，混合0.8514克苯甲酰丙酮和20克2-甲氧基乙醇并在室温下搅拌2小时。然后将管瓶A和B中的溶液混合并在使用之前在室温下搅拌至少8小时。为了制造图案化ITO，将溶胶前体的等分试样添加到玻璃衬底上。将带有3微米特征的一块FLUOROCURTM模具放在溶胶溶液上方。将该装置在压力下放在台钳中并在90℃炉中保持2小时。在冷却后，ITO前体已经转化成干凝胶，并将FLUOROCURTM模具从衬底上移除。为了将ITO转化成晶体形式，将带有图案化ITO的玻璃衬底以10℃/分钟的加热速率加热至600℃并在600℃保持1小时。通过XRD证实煅烧ITO的晶体形式。图16显示了由此实施例制成的图案化ITO在煅烧之前和之后的SEM图。
实施例13
通过下列程序制备ITO的溶胶前体。在管瓶A中，加入2.05克五水合硝酸铟、0.15克五水合氯化锡、3.16克乙酰丙酮和0.009克水，并将该混合物在50℃搅拌2小时。在管瓶B中，混合0.8514克苯甲酰丙酮和20克2-甲氧基乙醇并在室温下搅拌2小时。然后将管瓶A和B中的溶液混合并在使用之前在室温下搅拌至少8小时。为了制造图案化ITO，将溶胶前体的等分试样添加到玻璃衬底上。将带有200纳米特征的一块FLUOROCURTM模具放在溶胶溶液上方。将该装置在压力下放在台钳中并在90℃炉中保持2小时。在冷却后，ITO前体已经转化成干凝胶，并将FLUOROCURTM模具从衬底上移除。为了将ITO转化成晶体形式，将带有图案化ITO的玻璃衬底以10℃/分钟的加热速率加热至600℃并在600℃保持1小时。通过XRD证实煅烧ITO的晶体形式。图17显示了根据此实施例制成的图案化ITO在煅烧之前和之后的SEM图。
实施例14
将TiO2纳米杆(锐钛矿形式)在氯仿中的分散体的等分试样添加到玻璃衬底上。将带有200纳米×200纳米特征的一块FLUOROCURTM模具放在分散体上方。将该装置在压力下放在台钳中并在室温下保持1小时。在溶剂蒸发后，将FLUOROCURTM模具从衬底上移除，且如图18中的SEM所示，从中空结构体移出锐钛矿TiO2纳米杆，其具有大约200纳米外径、50-100内径和50-80纳米高度。
实施例15
将TiO2纳米杆(锐钛矿形式)在氯仿中的分散体的等分试样添加到玻璃衬底上。将带有200纳米×600纳米特征的一块FLUOROCURTM模具放在分散体上方。将该装置在压力下放在台钳中并在室温下保持1小时。在溶剂蒸发后，将FLUOROCURTM模具从衬底上移除，且如图19的SEM所示，从中空结构体移出锐钛矿TiO2纳米杆，其具有大约200纳米外径、50-100纳米内径和150-200纳米高度。
实施例16
将10.8毫克P3HT添加到0.6毫升氯仿中以形成均匀溶液。将P3HT溶液的等分试样添加到玻璃或PET衬底上。将带有2微米、200纳米×200纳米、或200纳米×600纳米特征的一块FLUOROCURTM模具放在溶液上方。将该装置在压力下放在台钳中并在室温下保持1小时。在溶剂蒸发后，将FLUOROCURTM模具从衬底上移除并在衬底上形成图案化P3HT。图20显示了通过此实施例的这种溶液法形成的图案化P3HT的SEM图。
实施例17
将10.8毫克P3HT添加到0.6毫升氯仿中以形成均匀溶液。将P3HT溶液的等分试样添加到玻璃或PET衬底上。将由孔径70纳米或40纳米的AAO模板制成的一块FLUOROCURTM模具放在溶液上方。将该装置在压力下放在台钳中并在室温下保持1小时。在溶剂蒸发后，将FLUOROCURTM模具从衬底上移除并在衬底上形成图案化P3HT。图21显示了通过此实施例的这种溶液法形成的图案化P3HT的SEM图。
实施例18
将12毫克P3HT溶解在0.6毫升氟仿中以形成均匀溶液。通过使用Meyer棒铺开P3HT溶液的均匀层，在玻璃或PET衬底上形成P3HT薄层，并等待溶剂蒸发。使带有200纳米×200纳米或200纳米×600纳米特征的一块FLUOROCURTM模具与玻璃或PET衬底上的P3HT层接触并在压力下保持在台钳中。将整个装置在200℃炉中保持15分钟。在冷却后，移除FLUOROCURTM模具并在衬底上形成图案化P3HT。图22显示了在此实施例的玻璃或PET衬底上的热图案化P3HT的SEM图。
实施例19
将22毫克PCBM添加到0.65毫升氯仿中以形成均匀溶液。将PCBM溶液的等分试样添加到玻璃或PET衬底上。将带有2微米、200纳米×200纳米、或200纳米×600纳米特征的一块FLUOROCURTM模具放在溶液上方。将该装置在压力下放在台钳中并在室温下保持1小时。在溶剂蒸发后，将FLUOROCURTM模具从衬底上移除，并在衬底上形成图案化PCBM。图23显示了通过此实施例的这类溶液法形成的图案化PCBM的SEM图。
实施例20
PCBM-P3HT活性层
将22毫克PCBM添加到0.65毫升氯仿中以形成均匀溶液。将PCBM溶液的等分试样添加到玻璃或PET衬底上。将带有200纳米×600纳米特征的一块FLUOROCURTM模具放在溶液上。将该装置在压力下放在台钳中并在室温下保持1小时。在溶剂蒸发后，将FLUOROCURTM模具从衬底上移除，并在衬底上形成图案化PCBM。
将11毫克P3HT溶解在0.6毫升氯仿中以形成均匀溶液。通过使用Meyer棒铺开P3HT溶液的均匀层，在PET衬底上形成P3HT薄层，并等待溶剂蒸发。使覆盖有P3HT的PET衬底与图案化PCBM接触并在压力下保持在台钳中。将整个装置在200℃炉中保持15分钟。在冷却后，移除PET衬底，且图案化PCBM和P3HT形成交指状(interdigitized)网络。图24显示了由此实施例制成的网络的横截面SEM图。

Claims (20)

1.光伏器件，包含：
本体异质结的第一部件，其中该第一部件以第一结构体的预定阵列进行构造和确定尺寸；
其中该第一结构体的阵列的各第一结构体在三维形状和横截面尺寸上基本相同；且
其中该第一结构体的阵列的各第一结构体具有基本相同的取向并与所述预定阵列的相邻第一结构体相隔小于500纳米，由此形成基本均匀的阵列。
2.权利要求1的光伏器件，其中第一部件包含金属氧化物。
3.权利要求1的光伏器件，其中第一部件是结晶、半结晶或非晶的。
4.权利要求1的光伏器件，其中第一部件包含选自TiO2、P3HT、PCBM、ITO和PPV的材料。
5.权利要求1的光伏器件，其中第一部件包含给电子材料或受电子材料。
6.权利要求1的光伏器件，进一步包含该本体异质结的第二部件，其中第二部件沉积在第一结构体的所述预定阵列的间隙空间内。
7.权利要求1的光伏器件，其中各第一结构体包含横截面立方体形结构体。
8.权利要求1的光伏器件，其中各第一结构体包含横截面锥形结构体。
9.权利要求1的光伏器件，进一步包含第二部件，其中该第二部件包含第二结构体的阵列，所述第二结构体的三维形状经构造和尺寸确定以啮合第一部件的三维形状第一结构体的阵列。
10.权利要求9的光伏器件，其中第二部件是吸光材料。
11.权利要求1的光伏器件，其中第一结构体的预定阵列包含总直径大于150毫米的预定阵列。
12.权利要求1的光伏器件，其中第一结构体的该阵列的各第一结构体与相邻第一结构体相隔小于200纳米。
13.形成光伏器件部件的方法，包括：
提供聚合物模具，所述聚合物模具限定基本相同的三维结构化空腔的阵列；
向所述模具的所述基本相同的三维结构化空腔中引入第一材料；
将所述模具的所述基本相同的三维结构化空腔中的第一材料硬化；和
从所述模具中取出所述硬化的第一材料以形成光伏器件的第一部件。
14.权利要求13的方法，其中所述聚合物模具包含含氟聚合物。
15.权利要求13的方法，其中所述聚合物模具包含全氟聚醚或全氟聚醚前体。
16.权利要求13的方法，其中基本相同结构化空腔的所述阵列包含小于500纳米的相邻空腔间距。
17.权利要求13的方法，其中基本相同结构化空腔的所述阵列包含小于200纳米的相邻空腔间距。
18.权利要求13的方法，其中基本相同结构化空腔的所述阵列包含大于150毫米直径的总占据空间面积。
19.光伏器件，包含：
第一部件，其以基本类似的三维形状第一结构体的预定基本均匀阵列进行构造和确定尺寸，其中所述基本类似的三维形状第一结构体相隔小于500纳米且基本类似的三维形状第一结构体的所述预定基本均匀阵列通过下列方法制备：
在聚合物模具中模制基本类似的三维形状第一结构体的所述预定基本均匀阵列。
20.权利要求19的光伏器件，其中所述聚合物模具包含含氟聚合物或全氟聚醚。
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