CN101779296A - 分布式同轴光伏装置 - Google Patents

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Abstract

一种光伏装置包括多个光伏电池。所述多个光伏电池中的每个光伏电池包括第一电极、与至少一个相邻光伏电池共用的第二电极和位于所述第一电极和第二电极之间并且与所述第一电极和第二电极电接触的光伏材料。所述第二电极在自一个光伏电池到相邻光伏电池的方向上的厚度小于所述第二电极材料的光学趋肤深度，并且相邻光伏电池的第一电极之间的间隔小于入射辐射的峰值波长。

Description

分布式同轴光伏装置
相关专利申请的交叉引用
本申请要求2007年7月3日提交的申请号为60/929,578的美国临时申请的权益，所述申请通过引用全部并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及光伏电池或太阳能电池领域，更为具体而言，涉及包括含有多带隙或者呈现多激子效应的光伏材料的光伏电池。
背景技术
美国已公布申请2004/0118451描述了效率提高的块体多结PV装置。该PV装置包括半导体材料的两个或两个以上p-n结电池。多结电池可由分别具有1.85/1.43/0.7eV带隙的GaInP/GaAs/Ge材料制成。可选地，每个电池可包括InGaN材料的p-n结，在每个电池中，所述InGaN材料具有不同的In和Ga的比率，这为每个电池提供不同的带隙。
发明内容
本发明的实施方式提供一种包括多个光伏电池的光伏装置。所述多个光伏电池中的每个光伏电池包括第一电极、与至少一个相邻光伏电池共用的第二电极和位于所述第一电极和第二电极之间并且与所述第一电极和第二电极电接触的光伏材料。所述第二电极在自一个光伏电池到相邻光伏电池的方向上的厚度小于所述第二电极材料的光学趋肤深度，并且相邻光伏电池的第一电极之间的间隔小于入射辐射的峰值波长。
附图说明
图1是根据本发明实施方式的PV电池的三维示意图；
图2A和图2D-图2G是根据本发明实施方式的PV装置的侧视横截面示意图。图2B是在光学透射衬底上形成的多个纳米棒的扫描显微镜图像。图2C是显示如下内容的照片：由多个纳米棒覆盖的衬底是光学透射的(例如光学透明的)，并且下方计算机终端上的网页通过所述衬底是可见的。
图3A是根据本发明实施方式的用于形成PV装置的多腔设备的俯视示意图。
图3B-图3F是在图3A的设备中形成PV装置的方法中各步骤的侧视横截面图。
具体实施方式
图1图示了根据本发明实施方式的光伏电池1。光伏电池1包括第一电极或内部电极3、第二电极或外部电极5和位于所述第一电极和第二电极之间并且与所述第一电极和第二电极电接触的光伏(PV)材料7。所述光伏材料在第一电极3到第二电极5(即：在图1中从左到右)的方向上的宽度9小于大约200nm，例如100nm或者更小，优选地介于10nm和20nm之间。所述光伏材料在大体垂直于该光伏材料的宽度的方向(即：在图1中的垂直方向)上的高度11为至少1微米，例如2微米到30微米，例如10微米。术语“大体垂直”包括对中空圆柱形PV材料7而言的绝对垂直方向，还包括对中空椎形PV材料而言的偏离垂直线1度到45度的方向，所述中空椎形PV材料具有比顶部更宽或者更窄的基部。可以使用其他合适的PV材料尺寸。
PV材料7的宽度9优选地在大体垂直于入射到PV电池1上的入射太阳辐射的方向上延伸。在图1中，入射太阳辐射(即：太阳光)是用来以相对于水平宽度9方向成大约70度到110度(例如85度到95度)的角度撞击PV材料7。宽度9优选地足够小以充分阻止在光伏材料中光生电荷载流子向所述电极跃迁期间产生声子。换句话说，PV材料7的宽度9必须足够小以在产生大量声子之前传输足够的电荷载流子到电极3和/或电极5。因此，当入射太阳辐射的入射光子被PV材料吸收并转换为电荷载流子(电子/空穴或激子)时，所述电荷载流子应当在产生大量声子(将入射辐射转换为热量，而不是转换成提供光生电流的电荷载流子)之前分别到达电极3、电极5。例如，优选地，至少40％(例如40％-100％)的入射光子被转换为光生电荷载流子，该光生电荷载流子到达各自的电极并产生光生电流而不是产生声子(即：热量)。对于图1所示的实施例，认为大约10nm到大约20nm的宽度9足够小以阻止产生大量声子。
光伏材料7的高度11选优地足够大以将入射太阳辐射中至少90％(例如90％-100％)的入射光子转换为电荷载流子。因此，PV材料7的高度11必须足够大以收集所有的太阳辐射。优选地，但不是必须地，高度11至少为宽度9的10倍，例如至少为100倍，例如1000倍到10000倍。
第一电极3优选地包括导电纳米棒，例如纳米纤维、纳米管或纳米线。例如，第一电极3可以包括导电碳纳米管(例如金属多壁碳纳米管)、或者金属元素或金属合金纳米线(例如钼纳米线、铜纳米线、镍纳米线、金纳米线或钯纳米线)、或者包括具有石墨节(graphitic section)的碳纤维材料的纳米绳的纳米纤维。所述纳米棒可以是直径为2nm到200nm的圆柱形状，例如该纳米棒的直径为30nm到150nm(例如50nm)，并且该纳米棒的高度为1μm到100μm，例如10μm到30μm。若需要，第一电极3还可由导电聚合物材料构成。可选地，所述纳米棒可包括电绝缘材料，该电绝缘材料由导电壳覆盖以构成电极3。例如，正如下面有关图2A的更加详细的描述，可以在衬底上形成导电层，从而在所述纳米棒周围形成导电壳以构成电极3。
如图1所示，光伏材料7至少围绕纳米棒电极3的下部。光伏材料7可包括半导体纳米晶体、块体无机半导体材料、聚合物光敏材料、有机分子光敏材料或生物光敏材料中的任意一种或一种以上，其中块体无机半导体材料例如无定形半导体材料或纳米晶硅半导体材料或化合物半导体材料(例如III-V材料)。
例如，光伏材料7可包括半导体纳米晶体(也称为量子点)，例如硅纳米晶体。可选地，所述纳米晶体可具有比太阳辐射能量峰值小得多的带隙以响应太阳辐射的辐照而呈现多激子效应(也称为载流子倍增效应)。所述纳米晶体的带隙可以等于或小于0.8eV，例如0.1eV到0.8eV(即：至少为太阳辐射峰值能量的1/2.9)。所述纳米晶体材料的实施例包括无机半导体，例如Ge、SiGe、PbSe、PbTe、SnTe、SnSe、Bi2Te3、Sb2Te3、PbS、Bi2Se3、InAs或InSb以及他们的三元化合物和四元化合物。
优选地，纳米晶体的平均直径为10nm到100nm，例如20nm到30nm。所述纳米晶体可足够大以使该纳米晶体的带隙由该纳米晶体的材料成分决定而不是由该纳米晶体的尺寸决定(即：所述带隙是所述材料的特性，而不是尺寸的特性)。所述纳米晶体可包括两组不同的纳米晶体材料成分。
纳米晶体相互之间物理接触或隧道接触以为电荷载流子提供从内部电极3到外部电极5的路径。PV材料7可包括封装于光学透明基体材料中的纳米晶体，所述光学透明基体材料例如光学透明聚合物基体材料(例如，EVA或用于太阳能电池的其他聚合物封装材料)或光学透明无机氧化物基体材料(例如，玻璃、硅氧化物等)。基体内的纳米晶体之间的小间距确保在相邻纳米晶体之间缺少直接载流子传输时的载流子隧穿。可选地，可省略所述基体并且所述纳米晶体可以为密集纳米晶体。
可选地，PV材料可包括其他PV活性材料，例如块体无机半导体层(例如无定形半导体材料或纳米晶硅半导体材料或化合物半导体材料)、光敏聚合物(例如半导体聚合物)、有机光敏分子材料(例如染料)或生物光敏材料(例如生物半导体材料)。光敏意指响应太阳辐射的辐照而产生电荷载流子(即：电流)的能力。有机材料和聚合物材料包括聚苯撑乙烯、酞菁铜(一种蓝色或者绿色的有机颜料)或碳富勒烯。生物材料包括蛋白质、罗丹宁或者DNA(例如，在Appl.Phys.Lett.78，3541(2001)中公开的脱氧鸟苷，该文献在此通过引用并入本文)。PV材料7还可包括纳米晶体层和块体半导体层的结合。例如，所述PV材料可包括三层薄膜，包括：i)块体半导体层(例如，重掺杂P型无定形硅层或多晶硅层)，ii)半导体纳米晶体层(例如，本征硅或其他纳米晶体薄膜)，iii)块体半导体层(例如，重掺杂n型无定形硅层或多晶硅层)，从而形成具有位于块体p型层和块体n型层之间的纳米晶体本征层的p-i-n型PV电池。这些层从内部电极3到外部电极5按顺序排列。所述纳米晶体层可包括硅纳米晶体，该硅纳米晶体是由层挨层的方法或者其他方法制成(例如参见N.Malikova，et al.，Langmuir 18(9)(2002)3694中关于层挨层方法的概述，该文献通过引用并入本文)。这种结构提供了大约1V(Si带隙)的最大内部电场，并且能减少或消除短路。块体硅层可以约为5nm-10nm厚，纳米晶体层可以约为20nm-30nm厚。应当注意，块体/纳米晶体/块体的p-i-n型PV电池具有除了图1和图2所示的同轴结构之外的结构，并且可用水平放置代替垂直放置。此外，还可使用除了硅之外的块体半导体材料。
PV材料7可以完全由一种导电类型的半导体材料组成。这形成肖特基结型PV电池1。在可选的结构中，可以形成p-n型或p-i-n型PV电池1。在p-n型或p-i-n型PV电池中，PV材料包含p-n结或p-i-n结。例如，PV材料7可包括本征半导体材料，该本征半导体材料位于导电类型相反的半导体薄膜之间以形成p-i-n型PV电池。在p-i-n型PV电池中，在内部电极3周围形成第一p型或n型半导体薄膜。随后，在所述第一半导体薄膜周围形成包含本征区域的纳米晶体半导体或块体半导体。然后，在所述纳米晶体本征区域周围形成与所述第一半导体薄膜的导电类型相反的第二n型或p型半导体薄膜。每一种半导体薄膜的厚度可以为大约5nm到大约20nm。
第二电极5围绕光伏材料7以形成图1所示的所谓的纳米同轴(nanocoax)。电极5可包括任何合适的导电材料，例如导电聚合物或者金属元素或金属合金(例如铜、镍、铝或它们的合金)。可选地，电极5可包括光学透射且导电的材料，例如透明导电氧化物(TCO)，例如铟锡氧化物或者铝锌氧化物。
任选地，纳米棒3的上部延伸超出光电材料7的顶部并且形成光伏电池1的光学天线3A。然而，正如下面有关图2A的更加详细的描述，优选地，省略所述天线。术语“顶部”指的是PV材料7的远离衬底的一侧，在所述衬底上形成PV电池。因此，纳米棒电极3的高度可以与PV材料7的高度11相同或者大于PV材料7的高度11。如果存在天线3A，那么天线3A的高度可大于纳米棒3的直径的三倍。天线3A的高度可以与入射太阳辐射匹配并且可以为入射太阳辐射的峰值波长的1/2的整数倍(即：天线高度＝(n/2)×530nm，其中n为整数)。
在可选的实施方式中，天线3A由纳米角光收集器增补或替代。在本实施方式中，外部电极5延伸超出PV材料7的高度11并且成形为大致呈倒锥的形状用于收集太阳辐射。
在另一种可选的实施方式中，PV电池1具有不同于纳米同轴的形状。例如，PV材料7和/或外部电极5可以在内部电极3周围仅延伸一部分。此外，电极3和电极5可包括平板状电极并且PV材料7可包括在电极3和电极5之间的薄且高的平板状材料。
图2A图示了包括多个PV电池1(例如，一排PV电池1)的PV装置21。虽然为清楚起见仅图示4个PV电池1，但应当理解，装置21可包括比4个多得多的PV电池1。在装置21中，第二电极5在自一个光伏电池1到相邻光伏电池1(即：图2A中从左到右)的方向上的厚度小于第二电极材料的光学趋肤深度，同时相邻光伏电池1的第一电极3之间的间隔小于入射辐射的峰值波长，例如小于入射太阳辐射的峰值波长(即：大约550nm)。
如图2A所示，每个光伏电池1包括纳米同轴，该纳米同轴的轴线沿着垂直于光伏装置21的衬底15的方向。每个光伏电池的第二电极5包括共用电极，该共用电极填充光伏电池1之间的空间并且与每个光伏电池的光伏材料7电接触。
在图2所示的本发明的一种实施方式中，PV装置21包括连续的光伏材料层7，该光伏材料层在每个光伏电池中形成光伏材料并且位于相邻光伏电池之间的空间中的衬底上。共用电极5填充相邻光伏电池1之间的光伏材料层7上方的空间。电极5与光伏材料层7电接触。因此，如图2A所示，在纳米同轴的电池1之间的共用电极5(充当每个电池1的外部电极)的厚度小于电极材料的光学趋肤深度δ，并且在相邻同轴电池之间的中心到中心的间距小于入射太阳辐射(或其他类型的辐射)波长λ。装置21可视为同样以横向电磁波模式传输的多芯同轴和/或视为非常密集的纳米同轴的介质，其中同轴之间的导体的厚度比趋肤深度小。
在本发明的一种实施方式中，第二电极材料的光学趋肤深度δ小于入射辐射的峰值波长λ。在本实施方式中，如图2D所示，第二电极5可包括不透射太阳辐射的不透明金属或金属合金，例如铝、铜或其合金。例如，所述第二电极材料的光学趋肤深度为大约10nm到大约20nm。如果共用电极5不是光学透射并且PV材料7没有暴露在共用电极5上方，那么在光学透射衬底15(例如玻璃、石英、塑料等)上形成装置21。装置21的衬底15那一侧放置在朝向辐射源(例如太阳)的位置，并且辐射13穿过衬底15入射在PV材料7上。任选地，在PV材料7和共用电极5之间可形成光学透射导电层6以减少不期望的反射。导电层6可包括金属氧化层(例如，ITO或AZO)或者非常薄的金属层或金属合金层(例如5nm-15nm厚的Cr或Ti层)。然而，若需要，可以省略导电层6。同样，导电层6可以添加到图2A所示的包括光学透射共用电极5的装置21中。
如图2A所示，如果衬底15不导电，那么在相邻光伏电池1之间的空间中的衬底15与光伏材料层7之间设置任选的导电层17。导电层17与每个纳米棒电极3接触并且充当每个纳米棒电极3的电触点和输出端。导电层17可为光学透射并且可包括薄铜层或薄铜合金层或导电透明氧化物层(例如ITO或AZO)。另外，导电层17可包括厚度为100nm到500nm(例如200nm到300nm)的光学非透射金属或金属合金层(例如，铬或钛层)。
若需要，所述纳米棒可在导电层17上直接形成，或者所述纳米棒可在衬底15表面形成并且导电层17围绕所述纳米棒。如果所述纳米棒本身不导电，那么也可在每个光伏电池中的每个纳米棒与光伏材料层之间设置导电层17，如图2A所示，从而在每个绝缘纳米棒芯周围形成电极3的导电壳部。
在另一种实施方式中，第二电极5的材料的光学趋肤深度δ大于入射辐射的峰值波长λ。在本例中，所述第二电极包括光学透射导电金属氧化物，例如ITO或AZO。所述第二电极材料的光学趋肤深度可大于700nm。在本实施方式中，可以在光学非透射衬底15(即：不透明衬底)上形成装置21。优选地，但不是必须地，衬底15的材料导电。例如，衬底15包括金属，例如铝衬底或不锈钢衬底或其他金属衬底。导电衬底15与电极3电接触并且充当电极3的共用电触点。在本例中，如图2E所示，可省略导电层17以形成所谓的“对称分布式同轴”。然而，若需要，也可在本实施方式的装置21中添加导电层17。在这种结构中，放置装置21为第二电极5那一侧朝向辐射源(例如太阳)，并且辐射13从与衬底15那一侧相反的一侧入射到PV材料7上。若需要，PV材料7可填充纳米棒电极3之间的整个空间，并且透明电极5可设置在PV材料7和电极3上方(如图2F所示)以形成所谓的“非对称分布式同轴”。在图2G所示的可选的结构中，共用电极5(例如，光学透射共用电极5)并不填充PV电池1之间的整个空间。在本结构中，所述共用电极含有相邻电池1之间的槽23。槽23的宽度(图2G中从左到右的方向)可在0.001微米到1微米之间的范围内变动。槽23可以由光学透射绝缘填充材料25(例如玻璃、聚合物等)填充。当然，如图2A所示，若需要，可以省略所述槽。
若需要，可在电池1上形成一层或一层以上的绝缘光学透明密封层和/或抗反射层。所述密封层可包括透明聚合物层(例如EVA或在PV装置中通常用作密封层的其他聚合物)和/或无机层(例如，硅氧化物层或其他玻璃层)。
不希望局限于特定理论并且如上文所述，如果装置21视为充当横向电磁波模式传输线的多芯同轴，那么与外部辐射耦合应当比通过单芯同轴耦合容易得多。不希望局限于特定理论，人们相信多芯同轴能提供与无源天线相似的效果。图2B和图2C为这种非限制性理论提供了实验的支持。尽管如图2B所示光学厚的纳米棒(碳纳米管)之间存在次波长间隔，但是穿过所述纳米棒的光的传输水平非常高，如图2C所示，其中计算机终端上的网页通过所述纳米管是可见的。高水平的传输意味着：光进入介质，当在所述纳米管周围沉积PV材料时，光可以由所述PV材料捕获。因而，装置21中可省略天线3A，并且由于太阳辐射可入射到装置21的顶部，所以可使用不透明金属衬底15。
图3A图示了用于制造PV电池的多腔设备100，图3B-图3F图示了根据本发明实施方式的制造PV电池的方法的步骤。如图3A和图3B所示，PV电池1可在移动的导电衬底15上形成，例如在连续的铝片或钢片或铝带或钢带上，所述铝片、钢片、铝带或钢带从一个线轴或卷轴上放出(即：非卷起)并且在卷带线轴或卷带卷轴上卷起来。衬底15通过位于多腔沉积设备中的若干个沉积站或者沉积腔。可选地，可使用静止间断的衬底(即：不是连续片或者连续带的矩形衬底)。还可以使用电绝缘的衬底。
首先，如图3C所示，在沉积腔或者沉积站101中，在衬底上沉积纳米棒催化剂颗粒21，例如铁纳米颗粒、钴纳米颗粒、金纳米颗粒或者其他金属纳米颗粒。所述催化剂颗粒可使用湿法电化学方法或者任何其他公知的金属催化剂颗粒沉积方法进行沉积。所述催化剂金属和颗粒尺寸是根据待形成的纳米棒电极3(即：碳纳米管、纳米线等)的类型进行选择。
在图3D所示的第二步骤中，根据所述催化剂颗粒和纳米棒类型，在沉积腔或者沉积站103中通过顶端生长或者基底生长在纳米颗粒催化剂的位置选择性地生长纳米棒电极3。例如，碳纳米管纳米棒可用PECVD在低真空下生长，而金属纳米线可用MOCVD生长。垂直于衬底15的表面而形成纳米棒电极3。
在图3E所示的第三步骤中，在沉积腔或者沉积站107中，在纳米棒电极3的上方及周围形成PV材料7。可以使用多种不同的方法来沉积PV材料7。
一种形成所述PV材料的方法包括采用任何适当的气相沉积技术在纳米棒形的内部电极3周围沉积宽度9小于20nm的连续半导体薄膜(例如Si、Ge或PbSe薄膜)。由于纳米棒3的纳米级的表面曲率，所述薄膜可包括纳米晶体或者量子点。
形成所述PV材料的另一种方法包括通过单独形成或者获得商用半导体纳米晶体来提供预制的半导体纳米晶体。然后将所述半导体纳米晶体至少附着于纳米棒形的内部电极3的下部，从而形成由纳米晶体组成的光伏材料。例如，可在衬底15上和电极3上由纳米晶体溶液或悬浮液提供纳米晶体。若需要，可以用一些基团(moiety)以化学方法官能化纳米棒电极3(例如碳纳米管)，所述基团例如为通过范德华引力或共价键与所述纳米晶体结合的反应性基团。
形成所述PV材料的另一种方法包括提供预制的纳米晶体并将半导体纳米晶体置于诸如EVA或者其他基体之类的光学透明聚合物基体中。然后在衬底15上和纳米棒形内部电极3周围沉积包含半导体纳米晶体的聚合物基体以形成复合光伏材料，所述复合光伏材料由所述聚合物基体中的纳米晶体组成。
形成所述PV材料的另一种方法包括在衬底15上和纳米棒形的内部电极3下部的周围沉积诸如玻璃层之类的第一透明氧化物层。所述玻璃层可通过溅射、CVD或者旋转涂布进行沉积。接下来在所述透明氧化物上沉积半导体纳米晶体。可在所述透明氧化物上通过CVD原位形成纳米晶体，或者可在所述氧化物上沉积预制的纳米晶体，该预制的纳米晶体来自溶液或悬浮液。然后，在沉积的半导体纳米晶体上沉积第二透明氧化物层以形成由透明氧化物基体中的纳米晶体组成的复合PV材料。可将上述沉积步骤重复若干次直到达到所期望的厚度。
在图3F所示的第四步骤中，在沉积腔或沉积站109中，在光伏材料7周围形成外部电极5。外部电极5可以通过湿法化学方法(例如通过Ni或Cu无电镀或电镀，之后进行退火步骤)形成。可选地，如果电极5包括透明导电氧化物，那么可通过PVD(例如溅射或者蒸镀)形成所述电极。可通过化学机械抛光对外部电极5和PV材料7抛光和/或选择性地往回刻蚀外部电极5和PV材料7，从而使PV电池1的上表面平整化并且暴露纳米棒3和/或PV材料7的上部。
一种操作包含PV电池1的装置21的方法包括将电池1暴露于以如图2A所示的自顶部或底部方向传播的入射太阳辐射13，并且响应所述暴露的步骤由PV电池产生电流。例如，纳米晶体PV材料可呈现多激子效应，该多激子效应是载流子倍增效应的一种。如上所述，在与辐照13的方向大致垂直的方向上的位于内部电极3和外部电极5之间的PV材料7的宽度9足够小以充分阻止在光伏材料中光生电荷载流子向所述电极中的至少一个电极跃迁期间产生声子。在与辐照13大致平行的方向上的PV材料7的高度11足够大以将入射太阳辐射中至少90％(例如90％-100％)的入射光子转换成诸如激子之类的电荷载流子。
本发明前面的描述是为了举例说明和描述的目的，这并非意在穷尽本发明或者将本发明限定于所公开的精确形式，并且根据上述教导可进行修改和变化，或者从本发明的实践中可得到所述修改和变化。所选的描述是为了解释本发明的原理和实际应用。本发明的范围由所附权利要求及其等同内容限定。

Claims (27)

1.一种光伏装置，包括多个光伏电池，其中：
所述多个光伏电池中的每个光伏电池包括：
第一电极；
与至少一个相邻光伏电池共用的第二电极；以及
位于所述第一电极和第二电极之间并且与所述第一电极和第二电极电接触的光伏材料；
所述第二电极在自一个光伏电池到相邻光伏电池的方向上的厚度小于所述第二电极材料的光学趋肤深度；以及
相邻光伏电池的第一电极之间的间隔小于入射辐射的峰值波长。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述光伏材料在自所述第一电极到所述第二电极的方向上的宽度小于大约200纳米，并且该光伏材料在大体垂直于该光伏材料的宽度的方向上的高度为至少1微米。
3.如权利要求2所述的装置，其中，所述光伏材料在大体垂直于入射太阳辐射的预定方向的方向上的宽度足够小以充分阻止在所述光伏材料中光生电荷载流子向所述第一电极和第二电极中的至少一个电极跃迁期间产生声子，并且所述光伏材料在大体平行于入射太阳辐射的预定方向上的高度足够大以将入射太阳辐射中至少90％的入射光子转换成电荷载流子。
4.如权利要求3所述的装置，其中：
所述光伏材料的宽度介于10纳米到20纳米之间；以及
所述光伏材料的高度为至少2微米到30微米。
5.如权利要求1所述的装置，其中在每个光伏电池中：
所述第一电极包括纳米棒；
所述光伏材料围绕所述纳米棒；以及
所述第二电极围绕所述光伏材料以形成纳米同轴。
6.如权利要求5所述的装置，其中：
所述纳米棒包括纳米管、纳米纤维或纳米线；
每个光伏电池包括纳米同轴，所述纳米同轴的轴线沿着垂直于所述光伏装置的衬底的方向；以及
所述每个光伏电池的第二电极包括共用电极，所述共用电极填充所述光伏电池之间的空间并且与每个光伏电池的光伏材料电接触。
7.如权利要求6所述的装置，其中所述装置包括连续的光伏材料层，所述光伏材料层形成每个光伏电池中的光伏材料并且位于相邻光伏电池之间的空间中的衬底上。
8.如权利要求7所述的装置，所述装置还包括导电层，所述导电层位于每个光伏电池中的每个纳米棒和光伏材料层之间，以及位于相邻光伏电池之间的空间中的衬底和光伏材料层之间。
9.如权利要求7所述的装置，其中，所述光伏装置包括共用第二电极，所述共用第二电极填充相邻光伏电池之间的光伏材料层上方的空间并且与所述光伏材料层电接触。
10.如权利要求1所述的装置，其中，所述光伏材料包括半导体纳米晶体。
11.如权利要求1所述的装置，其中，所述光伏材料包括块体无机半导体材料。
12.如权利要求1所述的装置，其中，所述光伏材料包括聚合物光敏材料、有机分子光敏材料或生物光敏材料。
13.如权利要求1所述的装置，其中，相邻光伏电池的第一电极之间的间隔小于550纳米。
14.如权利要求13所述的装置，其中，所述第二电极材料的光学趋肤深度小于所述入射辐射的峰值波长。
15.如权利要求14所述的装置，其中，所述第二电极包括不透射太阳辐射的金属或金属合金。
16.如权利要求15所述的装置，其中，所述第二电极材料的光学趋肤深度为大约10纳米到大约20纳米。
17.如权利要求15所述的装置，其中，所述装置形成在光学透射衬底上。
18.如权利要求1所述的装置，其中，所述第二电极材料的光学趋肤深度大于所述入射辐射的峰值波长。
19.如权利要求18所述的装置，其中，所述第二电极包括光学透射导电金属氧化物。
20.如权利要求19所述的装置，其中，所述第二电极材料的光学趋肤深度大于700纳米。
21.如权利要求19所述的装置，其中，所述装置形成在光学非透射衬底上。
22.一种制造光伏装置的方法，所述方法包括：
垂直于衬底形成每个光伏电池的多个第一电极；
在所述第一电极周围形成光伏材料；以及
使用共用第二电极填充光伏材料之间的空间，以使所述共用第二电极围绕并电接触每个光伏电池中的光伏材料；
其中：
所述光伏材料在自每个第一电极到第二电极的方向上的宽度小于大约200纳米，并且所述光伏材料在大体垂直于该光伏材料的宽度的方向上的高度为至少1微米；
每个光伏电池的共用第二电极的厚度小于所述共用第二电极材料的光学趋肤深度；以及
相邻第一电极之间的间隔小于入射辐射的峰值波长。
23.如权利要求22所述的方法，其中：
在所述第一电极周围形成光伏材料的步骤包括：在所述第一电极周围并且在所述衬底上形成连续的光伏材料层；以及
使用共用第二电极填充光伏材料之间的空间的步骤包括：在位于所述衬底上的光伏材料层的第一部分上以及在围绕所述第一电极的光伏材料层的第二部分之间形成所述第二电极。
24.一种操作包括多个光伏电池的光伏装置的方法，其中：
每个光伏电池包括：
第一电极；
与至少一个相邻光伏电池共用的第二电极；以及
位于所述第一电极和第二电极之间并且与所述第一电极和第二电极电接触的光伏材料；
每个光伏电池的第二电极的厚度小于所述第二电极材料的光学趋肤深度；以及
相邻光伏电池的第一电极之间的间隔小于入射辐射的峰值波长；
所述方法包括：
将所述光伏装置暴露于以第一方向传播的入射太阳辐射；以及
响应所述暴露的步骤由每个光伏电池产生电流；
其中，每个光伏电池内的所述第一电极和第二电极之间的光伏材料在大体垂直于所述第一方向的第二方向上的宽度足够小以充分阻止在所述光伏材料中光生电荷载流子向所述第一电极和第二电极中的至少一个电极跃迁期间产生声子；以及
所述光伏材料在大体平行于所述第一方向的方向上的高度足够大以将入射太阳辐射中至少90％的入射光子转换成电荷载流子。
25.如权利要求24所述的方法，其中，所述装置呈现出无源光学天线的效果。
26.一种光伏电池，所述光伏电池包括：
第一电极；
第二电极；以及
位于所述第一电极和第二电极之间的光伏材料，其中所述光伏材料包括位于p型块体半导体层和n型块体半导体层之间的半导体纳米晶体层。
27.如权利要求26所述的光伏电池，其中，所述纳米晶体层包括宽度为大约20纳米到大约30纳米的本征硅纳米晶体层，并且所述p型块体半导体层和n型块体半导体层包括重掺杂无定形硅层，每一层所述重掺杂无定形硅层的宽度为大约5纳米到大约10纳米。
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