CN101952973B - 具有用纳米颗粒形成的透明电极的光伏装置 - Google Patents

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Abstract

揭示了一种光伏装置，该装置包括通过来自涂覆在基片上并干燥的乳液的导电纳米颗粒的自组装形成的透明前电极。这些纳米颗粒自组装成导电迹线的网状图案，这些导电迹线限定随机形状的透明网格。这些网格中可填充各种透明填料，该装置中除了常规组件以外还可以存在额外的层。还揭示了形成该透明电极的方法。

Description

具有用纳米颗粒形成的透明电极的光伏装置
发明领域
本发明涉及一种用于制造将光转化成电的装置的方法以及由此制造的装置。
发明背景
太阳能电池中利用的光伏效应使得能够通过在半导体材料内部产生正电荷和负电荷并传输这些电荷，从而直接将来自太阳光的光能转化成电。光照射在半导体材料上的动作产生彼此无束缚、或者弱束缚的正电荷和负电荷，这些电荷能够扩散到与该半导体接触的不同电极，或者以其他方式被这些电极俘获。
电极位于半导体材料的两侧，用以收集电荷。光必须通过至少一个电极进入太阳能电池，该电极一般称为“前”电极。所以，前电极必须对光透明，而且是导电的。
透明前电极通常由银丝栅图案组成，该图案通过丝网印刷或其他接触印刷形式施加到半导体材料的表面。或者，该图案可以由透明导电材料的更均匀/连续的膜(如氧化铟锡(“ITO”)膜)组成。
ITO膜存在一些缺点，包括透光性较差，尤其是在光谱的红外和紫外区域中，以及导电性勉强够格。这两个缺点都导致太阳能电池的效率较低。ITO还比较昂贵，必须考虑全球铟供应减少的因素。ITO还是脆性的，不能进行辊到辊工艺，也不能用于挠性太阳能电池中。
银丝栅也存在明显缺点，尤其是在用硅晶片制造太阳能电池时。通过接触印刷技术向硅晶片施加丝栅会导致严重的晶片破裂。这种对破裂的敏感性要求制造商使用比可能优选的厚度更厚的硅基片，硅基片的厚度是电池总体成本的主导因素。而且，常规丝网印刷的Ag电极倾向于具有差的几何性质，包括对于前电极用途而言差的高宽比，这意味着这种Ag电极比较宽(投射较大的阴影)和比较短(与优选情况相比提供较低的总体电导率)。而且，由于分辨率极限的原因，无法以彼此靠近的方式印刷丝栅。
因此，光伏池仍然需要改进的透明导电前电极，来克服目前使用的透明导电前电极的缺点。
发明概述
本发明寻求提供一种用于制造将光转化成电的装置的改进方法以及由此制造的改进的装置。
所述方法和装置包括一种透明电极，该电极包含由至少部分结合的纳米颗粒形成的导电迹线的图案，这些迹线限定随机形状的一般不含纳米颗粒的网格(cell)，所述网格一般对光是透明的。在基片上涂覆包含纳米颗粒的液体乳液并干燥之后，由该乳液自组装形成导电迹线。可以通过不要求涂覆设备与基片物理接触从而减小基片破裂可能性的常规液体涂覆法在基片上形成迹线。电极是挠性的，能够通过低成本的辊到辊涂覆法制造。
除了由纳米颗粒形成透明电极以外，光伏装置包括与透明电极电接触的半导体基片，以及位于半导体基片上远离透明电极的相反侧上并且具有不同功函数的第二电极。第二电极可以是透明或不透明的。第二电极还可以包含导电迹线的图案，迹线包含至少部分结合的纳米颗粒，限定随机形状的网格，网格中一般不含纳米颗粒并且对光透明。这种光伏装置在从两侧进行照射时能够产生电能。
在一种实施方式中，图案化的电极的网格中填充有光传输性填料，该填料可起到多种功能。在另一种实施方式中，填料延伸超出导电迹线的高度。
本发明的光伏装置可包括额外的层，例如覆盖填料和迹线的层，用以帮助电荷离开装置或例如用以提供减反射性质，或者位于半导体基片的表面上的层，用以帮助电荷离开装置或防止电极之间短路，或者保护层，用以提供隔离或保护使其免受环境因素影响。
在另一种实施方式中，通过在图案化的电极上提供额外的半导体基片，以及在额外的半导体基片上提供额外的具有不同功函数的图案化的电极，从而形成串联装置。
一种制造根据本发明的光伏装置的方法包括以下步骤：(1)提供具有半导体表面的基片；(2)以一种方式在半导体表面上形成第一电极层，从而提供由至少部分结合的纳米颗粒形成的导电迹线的图案，这些迹线限定随机形状的网格，所述网格中一般不含纳米颗粒，对光是透明的；和(3)在与形成第一电极的表面相反的半导体基片表面相邻近地提供第二电极层。
在本发明的一种优选实施方式中，由涂覆在半导体基片上的一种包含纳米颗粒的乳液形成图案化的电极，在乳液中的液体蒸发的过程中，纳米颗粒自组装成导电图案。该方法的其他实施方式包括：(1)在半导体基片的两侧都涂覆纳米颗粒乳液；(2)以连续辊到辊法在半导体基片上涂覆纳米颗粒乳液；(3)在预先图案化的基片上涂覆纳米颗粒乳液；(4)在基片上形成图案化的电极，随后将其与半导体组合件组合，在一些情况中，在将图案化的电极与半导体组合件组合之前，将图案化的电极从基片上移除；和(4)在将图案化的电极从承载基片转移到半导体组合件的过程中，使该图案化的电极变形。
本发明光伏装置中使用的透明电极在光谱可见区域中提供比ITO更高或与之类似的透光性，在红外和紫外区域中提供更高的透光性。更高的透光性会导致更高的光-电能转化效率。
本发明光伏装置中使用的透明电极还具有低于ITO的电阻率。更低的电阻率在光能向电能的转化中会导致更低的欧姆功率损耗。
另外，本发明透明电极的网状图案的几何性质通过提供更大的透光性，所以优于常规丝网印刷的银栅的几何性质。与形成本发明装置的透明电极网络的迹线线宽(约10微米)相比，丝网印刷的栅的线宽通常较大(100微米)。减小的线宽使得透光性更大。常规印刷或喷墨印刷的线高度也相对低于其宽度，使得产生不利于获得最大透光性的差的高宽比。因此，对于给定量的金属(电导率)，宽而矮的金属丝产生的阴影量(可光转化的功率损耗)大于窄而高的金属丝产生的阴影量。常规电极的高宽比可以在1∶10(高度∶宽度)量级。本发明装置中使用的透明电极的高宽比通常更好，如等于或高于1∶5，优选等于或高于1∶2。较高的高宽比允许获得更好的透光性与电导率的组合，由此获得更好的功率转化总效率。
而且，常规丝网印刷的银电极倾向于具有对电导率目的而言较差的几何性质，其原因不仅在于它们较差的高宽比，还包括因为分辨率极限的原因而无法彼此靠近地印刷栅图案的线条。在栅线条间距较大的情况中，光生电荷载荷子需要经过较长的距离才能通过较高电阻率的区域(载荷子重新结合的变化较大)，导致功率损耗更大。相应地，常规太阳能电池经常利用印刷的银栅图案中的掺杂剂，用于扩散进下方的半导体基片中。但是，这种扩散受限于几何性质，局限于能进行丝网印刷的几何区域中。本文所述电极的线条较窄且网格较小，使得能够在半导体基片中更有效地设置掺杂剂。同样，在晶体硅光伏装置的情况中，如本发明所用电极可能的间距更紧密的电极组合件，将允许使用掺杂剂较少的前n-层，一般认为这有利于装置的内量子效率(IQE)，尤其是在光谱的蓝光和紫外区域中。
印刷的银丝栅也具有明显的缺点，尤其是在用硅晶片制造太阳能电池时。通过接触印刷技术向硅晶片施加栅图案会导致严重的晶片破裂。对破裂的敏感性要求制造商使用比可能优选的厚度更厚的硅基片，硅基片的厚度是电池总成本的主导因素。
通过以下详细说明，透明电极和由该电极制成的光伏装置的其他优点将是显而易见的。
附图简要描述
通过以下详细说明并结合附图，能更完整地理解和体会本发明，其中：
图1是根据本发明一种实施方式的用于将光转化为电的装置的简化示意图；
图2是根据本发明另一种实施方式的用于将光转化为电的装置的简化示意图，其中图案化的电极的网格中填充有填料；
图3是根据本发明另一种实施方式的用于将光转化为电的装置的简化示意图，其中网格中的填料延伸超出图案化的电极的迹线；
图4是根据本发明另一种实施方式的用于将光转化为电的装置的简化示意图，其中图案化的电极的网格中填充有填料，在填料和迹线上提供额外的层；
图5是根据本发明另一种实施方式的用于将光转化为电的装置的简化示意图，其中在半导体基片和图案化的电极之间提供额外的层；
图6是根据本发明另一种实施方式的用于将光转化为电的装置的简化示意图，该实施方式类似于图2的实施方式，但是在半导体基片和图案化的电极之间具有额外的层；
图7是根据本发明另一种实施方式的用于将光转化为电的装置的简化示意图，其中存在额外的半导体层和图案化的电极；
图8是根据本发明另一种实施方式的用于将光转化为电的装置的简化示意图，该实施方式类似于图7的实施方式，其中图案化的电极的网格中填充有填料；
图9是根据本发明的一种用于制造将光转化为电的装置的方法的简化示意图；
图10是根据另一种实施方式的用于制造将光转化为电的装置的方法的简化示意图，其中在装置的相反侧上提供图案化的电极；
图11是根据另一种实施方式的用于制造将光转化为电的装置的方法的简化示意图，其中以连续方式在半导体组合件基片卷上形成图案化的电极；
图12是根据另一种实施方式的用于制造将光转化为电的装置的方法的简化示意图，其中半导体基片组合件卷具有预先图案化的表面；
图13是根据另一种实施方式的用于制造将光转化为电的装置的方法的简化示意图，其中在基片上形成图案化的电极，随后与预先制造的半导体组合件组合，形成光伏装置；
图14是根据另一种实施方式的用于制造将光转化为电的装置的方法的简化示意图，其中随后将在基片上形成的图案化的电极从基片移除，并转移到半导体组合件；和
图15是位于硅基片上的氮化硅层上的透明导电涂层的光学显微照片。
优选实施方式
参见图1，根据本发明一种实施方式的用于将光转化为电的装置的简化示意图。
由图1可见，用于将光转化为电的装置包括半导体基片100，在该半导体基片100下侧表面102上形成了与其有效电接触的电极104。
半导体基片100可以是任何合适的半导体基片，例如本领域中已知的作为无机半导体的材料，包括但并不限于硅、锗、硼化合物、碲、镓、或锡，以及化合物例如砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、磷化铟(InP)、碲化镉(CdTe)、硫化镉(CdS)、砷化铝镓(GaAlAs)、碲化镉汞(HgCdTe)、磷化砷镓(GaAsP)、二硒化镓铟铜(CIGS)、和硒化铟铜或硫化铟铜。
这些材料可以掺杂或不掺杂，它们可以是本领域中已知的任何合适形式，例如无定形、多晶、微晶或单晶，包括晶片。半导体层100可包括p-n、p-i-n、n-p-n、或p-n-p结，或者本领域中已知的其他结构，例如Schottky结光伏装置中采用的那些结构。
半导体基片100的厚度可最高约为1000微米。例如，基片100可以是厚膜半导体，例如常规的100-500微米厚度的硅晶片，或者厚度为小于100微米量级的薄膜。可以制造厚度为1-2微米量级的薄膜无机半导体。
另外，可以在不同的层中提供包含化学性质不同的半导体的异质结(例如在有机光伏电池中具有p型和n型层)，或者将它们彼此混合。还可以采用双极性材料。
作为替代或补充，可以在半导体基片100中采用本领域中已知的作为“激子”半导体的材料。激子光伏装置中的光伏转化从根本上说不同于常规无机光伏装置中的光伏转化。经常将激子描述为束缚的电子-空穴对，而不是游离的电子-空穴对。当光吸收同时载荷子通过异质界面分离时产生激子，或者激子在扩散界面的几纳米范围内产生。电荷分离不一定需要内电场。在激子太阳能电池中，由于其中少数载荷子的体相密度是不明显的，而激子的寿命很短，所以常规光伏装置中的主要重新结合过程(即体相重新结合)通常是可以忽略不计的。
作为替代或补充，半导体基片100可以是染料敏化太阳能电池(DSSC)中所用的类型。目前制造的DSSC的厚度等于或小于10微米，而可以构造的薄膜聚合物和体相异质结半导体层的厚度为100-200纳米或更薄。
作为替代或补充，半导体基片可包括有机半导体，例如聚合物或具有共轭结构的小分子有机物或线形稠环化合物。例如，本领域中已知的有机半导体包括聚苯乙烯、聚乙炔、噻吩、苝、戊省、蒽、丁省、红荧烯、萘和衍生物。这些材料可以掺杂或不掺杂。有机半导体可包括无定形或半晶态化合物或聚合物，具有任何合适的分子量和堆积，可包括自组装的共聚物。它们可以进行官能化以促进溶解度、表面张力、组装或其他改进。半导体基片100在不同层或区畴之间可以包括至少一个异质结。
半导体材料(不论是有机或无机的，还是两种的组合，例如在混合型装置中)可以由上述材料的混合物、或其他组合、或各种层组成。这些材料可以进一步包括光吸收或光发射实体，例如量子点、或者光敏染料或颜料(比如在染料敏化二氧化钛半导体中)、或者酞菁衍生物。可以在半导体基片100中结合富勒烯和相关化合物，如石墨烯或碳纳米管。
电极104的厚度通常为50纳米至约2微米，甚至可能更厚。可以是常规电极或透明电极。如果是透明的，则电极104可以由透明导电涂层和图案制造，例如本文所述的透明电极，或者由本领域中已知的其他光传输导电材料制造，例如导电薄膜氧化物，尤其是ITO或氧化锌，由碳纳米管或富勒烯或石墨烯网络或者印刷的总线制造，或者由导电聚合物如PEDOT或PEDOT:PSS(分别是聚(3，4-亚乙基二氧噻吩)和聚(3，4-亚乙基二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸盐))制造。电极104还可以从导电材料的混合物、或其他组合、或各种层制造，这些导电材料例如但并不限于以上光传输导电材料。适合用作电极104的电极的例子如US6951770中所述，该专利通过参考结合于此。这些电极优选由铝或银形成，或者由铝和银的层的组合形成，可以采用各种技术形成，例如喷涂、丝网印刷、电沉积、金属蒸发、气相沉积、溅射、或者其他印刷或涂覆法。
电极104可能是穿孔的，也可能不是穿孔的。电极104通常包括接点金属的完全层，例如通过喷涂或丝网印刷金属糊剂形成，例如铝或另一种导电金属或者其组合，如Al/Ag栅。
电极104优选是反射性的，因此透过半导体基片100照射在电极104上的光被该电极反射回到半导体基片100中，导致半导体基片100处的光吸收增大。
电极104可包含掺杂材料，该材料对半导体层进行掺杂，在半导体100层中形成n或p薄层。这种掺杂通常在装置制造过程中进行热处理时发生。掺杂材料的一个例子是铝。
在半导体基片100的表面106上，形成电极层108，该层包含导电迹线112的图案110，该迹线由至少部分结合的纳米颗粒形成，限定网格114，网格中一般不含部分结合的纳米颗粒，一般对光透明。
以下参考图9-14更详细描述，采用乳液涂层形成光传输电极层108。干燥乳液，形成图案110，该图案限定独立的光传输网格114，这些网格被迹线112包围，迹线的光传输明显低于光传输网格114。通过光学显微镜观察到，光传输网格114和周边迹线112具有网状特性。迹线112优选通过蒸发乳液的液相而形成。
在一种优选的实施方式中，在沉积油包水乳液之后形成图案110，其中该乳液包含水或水混溶相、有机溶剂相、以及部分结合时具有导电性的纳米颗粒。
纳米颗粒优选由导电金属或金属混合物组成，包括金属合金，选自但并不限于银、金、铂、钯、镍、钴、铜或其任何组合。合适的纳米金属颗粒包括银、银-铜合金、银-钯或其他银合金、或者通过化学冶金法(MCP)制造的金属或金属合金，美国专利第5476535号(“制造高纯超细金属粉末的方法(Method of Producing HighPurity Ultra-Fine Metal Powder)”)和PCT申请WO 2004/000491 A2(“一种制造高纯金属纳米粉末的方法及由其制造的纳米粉末(A Method for the Productionof Highly Pure Metallic Nano-Powders and Nano-Powders Produced Thereby)”)中描述了该化学冶金法。纳米颗粒可以是涂覆的或未涂覆的，可以是团聚的或非团聚的。
导电纳米颗粒还可以由金属氧化物，金属盐，导电聚合物，碳衍生物如炭黑、石墨、富勒烯、或其他碳同素异形体组成。还可以采用以上颗粒的前体或组合。
在本申请人/受让人的专利公开US20050215689和WO2006135735中描述了上述类型乳液及其制造导电迹线112的用途，这些文献通过参考结合于此。所得图案110和网格114的形状是随机的。迹线112的宽度通常小于40微米，高度小于20微米，平均网格直径小于1000微米，在一些情况中小得多，例如在5微米量级。平均网格尺寸与半导体基片厚度的比值是光伏装置中的一个重要设计特征。
由于材料和加工成本的原因，半导体层的厚度优选较小，但是厚度的下限受到光吸收要求(尤其是在薄膜网格中)和机械强度(尤其是在晶体硅网格中)的限制。网络的网格的尺寸会影响网格的性能，因为该尺寸对阴影和电导率产生影响，所以应当相应调节。
对于利用高电阻率材料(如无定形硅或有机网格)的光伏装置的低欧姆电阻损耗而言，小的网络网格尺寸是优选/必需的。在这些装置中，网络网格的尺寸为半导体层厚度的量级使得与来自网格中央的载荷子的横向运动相关的电阻一般不大于半导体层内的载荷子的垂直运动相关的电阻，即，对于小的网络网格而言，移动载荷子的路径长度不再是水平方向大于垂直方向。较大的网络网格直径会产生明显更大的欧姆损耗，所以一般不优选。
采用低电阻率材料如晶体硅晶片的光伏装置可以具有较大的网络网格尺寸。例如，在这些装置中，平均网格直径与半导体层厚度的比值可以为1∶3至1∶1，优选1∶2。
可以理解，电极层108和电极104通常具有彼此不同的功函数。
在烧结之后，导电迹线112的图案110的薄层电阻为0.005欧姆/□至5千欧/□，优选小于50欧姆/□，更优选小于20欧姆/□，最优选小于或等于10欧姆/□。通过随后电镀沉积图案，可以进一步减小薄层电阻。可以理解，导电迹线112可以不需要如常规光伏装置中所用的导电总线和指状元件。
在各种设计中，包括染料敏化太阳能电池(DSSC)，可采用镀覆在银导电迹线上制造额外的层。在一些应用中(如DSSC)，在银上使用这种保护层可能是有用的。
电极层108特别适合于要求传输电磁光谱的可见、NIR、IR和/或UV区域的装置。本文的术语“光传输”和“透明”可以交换使用，表示透光率至少为30％，优选至少50％，更优选至少70％。对于要求传输可见光的应用，在400-700纳米的波长范围中测量透光率，更具体在550纳米测量。
电极层108的透光性优选在从紫外到近红外波长范围内比较均匀，约为90％。相反，常规薄膜太阳能电池中使用的典型ITO层在可见范围内的透光性可能约为90％，但是在近紫外区域中，该透光性从400纳米波长的80％迅速下降至200纳米的低于10％(Biyikli等，IEEE Journal of Selected Topics in QuantumElectronics，第10卷，第4期，2004，759)。类似地，在红外区域内，ITO的透光性从800纳米的75-90％降低至1100纳米的47-88％(取决于ITO厚度)。参见http://www.pgo-online.com/intl/catalog/itotrans.html。
根据本发明的一种优选实施方式，由于迹线112的阴影而不接受入射光的半导体基片的整体表面106的百分数优选不超过15％。而且，迹线112可以提供结构化和减反射特性。
迹线112中可以存在额外的纳米颗粒，用于增加特定功能或提高迹线112的性质，例如粘合性、掺杂、气体阻挡、耐刮擦性、耐接触和耐薄层性、或者优先扩散进邻近层中。例如，可以在乳液制剂中加入玻璃料或者亚微米级的玻璃珠或氧化硅，这些加入的物质也存在于迹线112中，从而促进与硅基半导体层的内扩散和粘合。作为补充或替换，可以在乳液中包含掺杂剂、量子点、荧光材料、和其他添加剂，例如金属前体或聚合物前体，从而在乳液沉积和溶剂蒸发之后存在于迹线112中。例如，迹线内的掺杂颗粒可以部分扩散进邻近层中，如扩散入半导体基片中。可通过不同方式提高这些功能，例如通过加热来提高掺杂颗粒向邻近层中的扩散。合适掺杂剂的一个例子是铝。
溶解于乳液有机相中的材料在乳液干燥时可以结合在迹线112中，例如玻璃前体，从而提高耐接触性。而且，对乳液的水和油相之间的界面具有亲合性的材料在乳液干燥时可以结合在迹线112中。溶解于乳液水相中的材料如颜料沉积在网格114中。
图1所示的装置可以独立存在，或者可以在挠性或刚性基片上形成，或者放置在这些基片上，所述基片例如是玻璃、纸、陶瓷或织物。这些基片可包括聚合物，如聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚烯烃、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、环烯烃聚合物、共聚物、或其混合物。该装置可以用平坦表面或弯曲表面形成。半导体基片可具有粗糙表面和/或不平坦表面。
参见图2，根据本发明另一种实施方式的用于将光转化为电的装置的简化示意图。
由图2可见，用于将光转化为电的装置包括半导体基片200，在该半导体下侧表面202上形成与其有效电接触的电极204。电极层208位于半导体基片200的表面206上，该电极208包含导电迹线212的图案210，这些迹线由至少部分结合的纳米颗粒形成，限定随机形状的网格214，网格中一般不含部分结合的纳米颗粒，对光透明。半导体基片200、电极204、和电极层208对应于图1中的半导体基片100、电极104和电极层108，对应于图1的描述。
如以上关于图1的电极层108所述，电极层208优选由包含导电纳米颗粒的涂覆乳液形成。光传输网格214和周围迹线212具有网状特性，可以用光学显微镜观察。
在图2的实施方式中，电极层208的网格214中填充有光传输填料215。合适的填料可包括量子点、非导电性聚合物、半导体材料、氧化硅、颜料、染料、颜色迁移添加剂(chromic shift additive)、金属氧化物和/或它们的前体、导电性聚合物和/或它们的前体。填料215还可以包括改变传输光的光谱的颗粒，即，发射的光具有更适合于装置的活性光伏层的光谱，从而提高该装置的效率。
填料215可以提供机械保护，尤其是抗磨损或抗刮擦保护，以及免受环境中的湿气、氧、或紫外辐射、或其他成分影响的保护。
可使用填料215在迹线212的高度上产生平滑的整体表面216。例如，可以施加导电或不导电的透明材料，例如聚合物，如PEDOT:PSS，即一种透明且导电的聚合物，用以填充开放区域214，而且用以帮助电荷离开装置。填料215还可以是“胶粘剂”或压敏粘合剂(PSA)，它们粘合或层压在光伏装置定上的额外层(聚合物、基片等)上。填料215还可以是“硬涂层”或“防眩”涂层，或者其他类似于显示膜中使用的那些涂层。填料215还可以是抗静电材料或抗污材料。还可以使用选择性地吸收和发射光的材料，以及上述材料的组合。
填料215可具有减反射功能。其中可结合减反射材料，例如加入玻璃料或玻璃球、氮化硅、一氧化硅或二氧化硅、二氧化钛、或氧化锌。表面216的结构化，或者改变表面216的材料的折射率，也可以提供减反射性质。例如，使用简单技术如喷涂或化学气相沉积，可以形成厚度为几百纳米的TiO2减反射涂层。
与图1装置的情况相同，图2所示的装置可独立存在，或者在挠性或刚性基片上形成，或者放置在这些基片上，如关于图1所述。
参见图3，根据本发明另一种实施方式的用于将光转化为电的装置的简化示意图。
由图3可见，用于将光转化为电的装置包括半导体基片300，在半导体基片300下侧表面302上形成与其有效电接触的电极304。电极层308在半导体基片300的表面306上形成，该电极层包含导电迹线312的图案310，这些迹线由至少部分结合的纳米颗粒形成，限定随机形状的网格314，网格中一般不含部分结合的纳米颗粒，对光透明，网格中包含填料315。
如以上关于图1的电极层108所述，电极层308优选由包含导电纳米颗粒的涂覆乳液形成。光传输网格314和周围迹线312具有网状特性，可使用光学显微镜观察。
半导体基片300、电极304、电极层308、和填料315相应于图2的半导体基片200、电极204、电极层208和填料215，如图2所述。但是，图3实施方式的具体特性在于，填料315延伸超出导电迹线312的图案310。填料315形成位于迹线312高度以上的平滑整体表面316。
与图1和2装置的情况相同，图3所示的装置可独立存在，或者在挠性或刚性基片上形成，或者放置在这些基片上，如关于图1所述。
参见图4，根据本发明另一种实施方式的用于将光转化为电的装置的简化示意图。
由图4可见，用于将光转化为电的装置包括半导体基片400，在所述半导体基片400下侧表面402上形成与其有效电接触的电极404。电极层408位于半导体基片400的表面406上，该电极层包含导电迹线412的图案410，这些迹线由至少部分结合的纳米颗粒形成，限定随机形状的网格414，网格一般不含部分结合的纳米颗粒，对光透明，网格中包含填料415。半导体基片400、电极404、电极层408、和填料415相应于图2的半导体基片200、电极204、电极层208和填料215，如关于图2所述。
如以上关于图1的电极层108所述，电极层408优选由包含导电纳米颗粒的涂覆乳液形成。光传输网格414和周围迹线412具有网状特性，可使用光学显微镜观察。
图4实施方式的具体特性在于，在填料415上和导电迹线412的图案410上提供额外的材料层417。额外的层417的组成可包括量子点、非导电性聚合物、半导体材料、氧化硅、颜料、染料、光调节剂、金属氧化物和/或其前体、导电性聚合物和/或其前体，至少部分不同于填料415。层417优选具有平滑的整体表面416，该表面位于迹线412的高度之上。例如，层417中可采用导电或不导电的透明材料，例如聚合物，如PEDOT:PSS，即一种透明且导电的聚合物，从而促进电荷离开该装置。层417可以是额外的透明导电层。
层417的材料可具有减反射功能。可在其中结合减反射材料，如加入玻璃球、氮化硅、一氧化硅或二氧化硅、二氧化钛或氧化锌。表面416的结构化，或者改变表面416材料的折射率，也可提供减反射性质。例如，采用简单技术如喷涂或化学气相沉积，可以形成厚度为几百纳米的TiO2减反射涂层。
与图1-3装置的情况相同，图4所示的装置可独立存在，或者可以在挠性或刚性基片上形成，或者可以放置在这些基片上，如关于图1所述。
参见图5，根据本发明另一种实施方式的用于将光转化为电的装置的简化示意图。
由图5可见，用于将光转化为电的装置包括半导体基片500，在半导体基片500的下侧表面502上形成与其有效电接触的电极504。电极层508位于半导体基片500的表面506上，该电极层包含导电迹线512的图案510，这些迹线由至少部分结合的纳米颗粒形成，限定随机形状的网格514，网格一般不含部分结合的纳米颗粒，对光透明。半导体基片500、电极504、电极层508相应于图1的半导体基片100、电极104和电极层108，如关于图1所述。
如以上关于图1的电极层108所述，电极层508优选由包含导电纳米颗粒的涂覆乳液形成。光传输池514和周围迹线512具有网状特性，可使用光学显微镜观察。
根据图5的实施方式，在半导体基片500的表面506上形成额外的材料层507，该材料优选但不一定是导电的聚合物或半导体聚合物。
例如，可以在半导体表面506上提供PEDOT:PSS或相关聚合物的层507。PEDOT:PSS是透明且导电的，可促进电荷离开该装置。PEDOT:PSS可采用旋转浇注施加。
层507中可包含玻璃料或亚微米玻璃珠或氧化硅，用以加强层507与半导体表面506的相互间扩散和粘合。
通过PEDOT:PSS的层507，还能减少或防止电极层504和508之间的短路。可以在层507中结合玻璃珠或硅纳米颗粒或其他颗粒，从而使得电极层508和半导体表面506之间产生良好的界面接触。还可以将这些物质结合在形成电极层508的乳液中。
层507可包含底漆材料，用以促进粘合，并且使得电极层508具有良好的涂覆性质。
在半导体基片500为晶体硅之类材料的情况中，层507也可以是氮化硅之类的材料，为半导体表面提供电钝化以及减反射性质。
与图1-5装置的情况相同，图5所示装置可独立存在，或者可以在挠性或刚性基片上形成，或者可以放置在这些基片上，如关于图1所述。
参见图6，根据本发明另一种实施方式的用于将光转化成电的装置的简化示意图。
由图6可见，用于将光转化成电的装置包括半导体基片600，在半导体基片600的下侧表面602上形成与其有效电接触的电极604。电极层608在半导体基片600的表面606上形成，该电极层包含导电迹线612的图案610，这些迹线由至少部分结合的纳米颗粒形成，限定随机形状的网格614，网格一般不含部分结合的纳米颗粒，对光透明，网格中包含填料615。半导体基片600、电极604、电极层608、和填料615相应于图2的半导体基片200、电极204、电极层208和填料215，如关于图2所述。
如以上关于图1的电极层108所述，电极层608优选由包含导电纳米颗粒的涂覆乳液形成。光传输网格614和周围迹线612具有网状特性，可使用光学显微镜观察。
根据本发明的这种实施方式，在半导体基片600上形成额外的层607。层607相应于图5的层507，如关于图5所述。
与图1-5装置的情况相同，图6所示的装置可独立存在，或者在挠性或刚性基片上形成，或者放置在这些基片上，如关于图1所述。
注意到，可以将在光伏电池的单独一侧上制造透明电极的理念用于非常类似地在光伏电池的相反面上制造一对透明电极。这种光伏电池的优点在于，在从任何一侧照射时都能产生光(所谓双面电池)，或者，采用合适设计，对光是部分透明的，从而允许同时作为窗口和发电装置使用。类似地，图7和8中显示更复杂的几何结构，可以包括三个电极，如下所述。
参见图7，根据本发明另一种实施方式的用于将光转化成电的装置的简化示意图。
由图7可见，用于将光转化为电的装置优选包括半导体基片700，在半导体基片700的下侧表面702上形成与其有效电接触的电极704。电极层708在半导体基片700的表面706上形成，该电极层包含导电迹线的图案710，这些迹线由至少部分结合的纳米颗粒形成，限定随机形状的网格714，网格一般不含部分结合的纳米颗粒，对光透明。半导体基片700、电极704、和电极层708相应于图1的半导体基片100、电极104和电极层108，如关于图1所述。
如以上关于图1的电极层108所述，电极层708优选由包含导电纳米颗粒的涂覆乳液形成。光传输网格714和周围迹线712具有网状特性，可使用光学显微镜观察。
在图7所示的实施方式中，在电极层708上提供额外的半导体层720，在额外的半导体层720上形成额外的电极层728，该额外的电极层包含导电迹线732的图案730，这些迹线由至少部分结合的纳米颗粒形成，限定随机形状的网格734，网格一般不含部分结合的纳米颗粒，对光透明。与电极层708一样，电极层728优选由包含导电纳米颗粒的涂覆乳液形成。光传输网格734和周围迹线732具有网状特性，可使用光学显微镜观察。
电极层708和728相应于图1的电极层108，如关于图1所述，但是应该理解，电极层728、电极704和电极708通常具有彼此不同的功函数。
半导体层700和720可包含关于图1的半导体层100所述的材料，但是彼此不同。图7所示的装置是新颖的串联光伏装置的实施方式，也称为多结光伏装置，其中以叠层形式排列有两个或更多个具有不同带隙的不同半导体材料的层。该装置只有一侧直接接受入射光，较高带隙的材料优选位于该侧，吸收高能光子。通过较低带隙材料或位于该较高带隙材料下方的材料吸收较低能量的光子。
与图1-6装置的情况相同，图7所示的装置可独立存在，或者可以在挠性或刚性基片上形成，或者放置在这些基片上，如关于图1所述。
参见图8，根据本发明另一种实施方式的用于将光转化成电的装置的简化示意图。
由图8可见，用于将光转化成电的装置优选包括半导体基片800，在所述半导体基片800下侧表面802上设置与其有效电接触的电极804。电极层808设置在半导体基片800的相反表面806上，该电极层包含导电迹线812的图案810，这些迹线由至少部分结合的纳米颗粒集合形成，限定随机形状的网格814，网格一般不含部分结合的纳米颗粒，对光透明。网格814区域优选填充有光传输填料815。半导体基片800、电极804、电极层807、和填料815相应于图2的半导体基片200、电极204、电极层208和填料215，如关于图2所述。
如以上关于图1的电极层108所述，电极层808优选由包含导电纳米颗粒的涂覆乳液形成。光传输网格814和周围迹线812具有网状特性，可使用光学显微镜观察。
在图8所示的实施方式中，在电极层808和表面816的填料815上提供额外的半导体层820。在额外的半导体层820上设置额外的电极层828，所述额外的电极层包含导电迹线832的图案830，这些迹线由部分结合的纳米颗粒形成，限定随机形状的网格834，一般不含部分结合的纳米颗粒，对光透明。
与电极层808一样，电极层828优选由包含导电纳米颗粒的涂覆乳液形成。光传输网格834和周围迹线832具有网状特性，可使用光学显微镜观察。
根据图8的实施方式，网格834填充有光传输填料835。填料835相应于图2的填料215，如关于图2所述。
图8所示的装置是如关于图7所述的串联光伏装置的另一个例子，与图7所述相同，区别在于，存在填料815和填料835。
与图1-7装置的情况相同，图8所示的装置可独立存在，或者可以在挠性或刚性基片上形成，或者放置在这些基片上，如关于图1所述。
参见图9，一种制造如图1-8中任何图中所示用于将光转化成电的装置的方法的简化示意图。由图9可见，提供多个半导体基片组合件900。基片组合件900包括半导体基片901，类似于上述半导体基片100-800，其上形成有电极层903，该电极层可以与上述电极层104-804中任何电极层相同。半导体基片901的厚度通常最高约为1毫米，电极层的厚度最高约为2微米。
将半导体基片组合件900供给乳液涂覆站(station)906。在乳液涂覆站906处，将乳液907施加在半导体基片组合件900上与形成电极层903的表面相反的表面910上。
乳液907如以上关于图1实施方式所述，即，优选是包含水或水混溶相、有机溶剂相和纳米颗粒的油包水乳液，该纳米颗粒在部分结合时具有导电性。
可以通过任何合适技术，例如棒铺展、浸渍、旋涂或浸入，在乳液涂覆站906处施加乳液907。可以用来施加乳液907的其他技术包括例如棒涂、丝网印刷、喷墨印刷、旋涂、浸涂、喷涂、凹版印刷、辊涂、和刮涂。可以在乳液涂覆站906处利用单次或多次涂覆设备，采用实验室规模或工业方法。
而且，根据本发明一种实施方式，将乳液铺展在待涂覆的表面910上的步骤提供1-200微米、更优选5-200微米的湿乳液厚度。
可以采用例如加热、蚀刻、电晕处理、氧化、或其组合的方式，对沉积乳液907的表面910进行预处理。表面910可具有预备涂层，例如，首先用合适的底漆进行涂覆。
本发明的具体特性在于，向表面施加乳液的步骤可以在涂覆设备不与表面直接接触的情况下进行。例如，使用刀隙涂覆机、气刀涂覆机、缺角轮涂覆机、狭缝模头涂覆机或幕涂机进行涂覆时，不要求涂覆设备与基片表面910直接接触。这与丝网印刷、凹版印刷和棒涂相反，后面这三种方法通常涉及与基片的直接接触。采用无接触的印刷技术时，基片表面910上存在的精细或敏感的特征发生破损或变形的可能性较小。
根据本发明一种优选的实施方式，按照以下步骤进行：向表面910施加乳液907；在施加或不施加热量的情况下，从乳液907蒸发溶剂，如附图标记912所示；如附图标记914所示，在大约室温到850℃的温度范围内使残余的涂料烧结，从而在表面910上提供电极层920。烧结步骤优选在环境大气压力下进行。
作为替代或补充，附图标记914所示的全部或部分烧结步骤可以在能引起烧结过程的化学物质存在下进行。合适化学物质的例子包括甲醛或酸，例如甲酸、乙酸和盐酸。该化学物质为气体或液体形式，沉积的颗粒接触该化学物质。或者，在沉积之前，该化学物质可结合在包含纳米颗粒的组合物中，或者在将颗粒沉积在基片上之后，该化学物质可以沉积在纳米颗粒上。
该烧结步骤还可包括烧结后的处理步骤，如附图标记916所示，其中使电极层920进一步烧结、退火、或进行以下所示的其他后处理：通过热、激光、紫外、酸或其他处理剂，以及/或者通过接触金属盐、碱、或离子性液体之类的化学试剂的方式进行后处理。可以用水或其他合适液体洗涤处理后的电极层920。
电极层920的特征在于，其具有导电迹线的图案，这些迹线由至少部分结合的纳米颗粒集合形成，限定随机形状的网格，该网格一般对光透明，可使用光学显微镜观察，如关于图1-8所述。
电极层920的特征还在于，烧结之后的薄层电阻为0.005欧姆/□至5千欧/□，优选小于50欧姆/□，更优选小于20欧姆/□，最优选小于或等于10欧姆/□。可采用对电极层920进行电镀之类的技术进一步减小薄层电阻。
本发明的具体特性还在于，可以在最高约350℃的温度下采用低温沉积和处理方法，形成电极层920。低温液体相加工可以在较低的成本条件下进行，尤其是在大规模表面910上形成电极层920并且允许使用某些聚合物基片之类的热敏感性基片时。
本发明的具体特性还在于，可以对电极层920的形成进行控制，从而得到不同的网格尺寸，并调节该尺寸，获得优化的光伏装置性能。
可通过各种技术，例如从溶液沉积、通过上述任何方法涂覆、以及直接印刷如喷墨印刷或辊到辊印刷，施加或形成额外的装置层或特征。还可以采用其他沉积和特性形成方法，例如：气相沉积，平版印刷，光刻法，蚀刻，溶解，真空升华，通过真空蒸发、溅射、离子轰击、电镀、无电镀、激光图案化、激光烧蚀沉积金属，或者上述组合，来形成额外的层或特征。
参见图10，一种根据另一种实施方式的制造如图1-8中任何图所示的用于将光转化成电的装置的方法的简化示意图。由图10可见，提供了多个半导体基片组合件1000。基片组合件1000包括半导体基片1001，其类似于上述半导体基片100-800。通常，半导体基片1001的厚度最高约为1毫米。
将半导体基片组合件1000供给乳液涂覆站1006。在乳液涂覆站1006处，将乳液1007施加在半导体基片组合件1000的表面1010上。
如上所述，乳液1007优选是包含水或水混溶相、有机溶剂相、和部分结合时具有导电性的纳米颗粒的油包水乳液。
可通过类似于以上关于图9所述的方式在乳液涂覆站1008处施加乳液1007，可以如上所述对沉积乳液1007的表面1010进行预处理。
施加乳液1007之后，如以上关于图9所述，进行蒸发溶剂(在1012)，烧结(在1014)，和可能的烧结后处理步骤(在1016)。电极层1020的薄层电阻如以上关于图9的电极层920所述表征，可通过电镀之类的技术减小电阻，可以如以上关于图9所述增加额外的装置层和特征。
在形成电极层1020的下游，优选将其上形成有电极层1020的半导体基片1000翻转，以图10所示的电极层1020向下的方式，供给乳液涂覆站1026。在乳液涂覆站1026处，将乳液1027施加在半导体基片组合件1000上与形成电极层1020的表面相反的表面1030上。
优选乳液1027是如以上关于乳液1007所述的油包水乳液，但是对乳液1027进行选择，用以提供电极层，该电极层的功函数与由乳液1007形成的电极层不同。
可以如以上关于乳液1007所述，在乳液涂覆站1026处施加乳液1027。
可以如上所述对沉积乳液1027的表面1030进行预处理。施加乳液1007之后，如以上关于图9所述，进行溶剂蒸发(在1032)、烧结(在1034)、以及可能的烧结后处理步骤(在1036)。如以上关于图9的电极层920所述表征电极层1040的薄层电阻，可通过电镀之类的技术减小电阻。可以如以上关于图9所述增加额外的装置层和特征。
应该理解，电极层1020和电极层1040通常具有彼此不同的功函数。图10实施方式的具体特性在于，该方法提供的装置具有至少两个电极，这两个电极是光传输性，位于半导体基片的相反侧上。
参见图11，一种根据本发明另一种实施方式制造如图1-8中任何图所示的用于将光转化成电的装置的辊到辊方法的简化示意图。由图11可见，提供连续的半导体基片组合件1100。基片组合件1100包括半导体基片1101，该基片类似于上述半导体基片100-800，基片上形成有电极层1103，该电极层可以与上述电极层104-804中任何电极层相同。
将半导体基片组合件1100供给乳液涂覆站1106。在乳液涂覆站1106处，在半导体基片组合件1100上与形成电极层1103的表面相反的表面1110上施加乳液1107。
乳液1107优选是如以上关于乳液907所述的油包水乳液。
可以如以上关于乳液907所述，在乳液涂覆站1106处施加乳液1107。
可以如上所述对沉积乳液1107的表面1110进行预处理。施加乳液1107之后，如以上关于图9所述进行溶剂蒸发(在1112)、烧结(在1114)、以及可能的烧结后处理步骤(在1116)。如以上关于图9的电极层920所述表征电极层1120的薄层电阻，可通过电镀之类的技术减小电阻。可以如以上关于图9所述增加额外的装置层和特征。
应该理解，可以在挠性材料的网状物上形成连续半导体组合件，该挠性材料例如是挠性聚合物、塑性或高弹体结构、或织物、纸、或纤维背衬、或金属箔、或挠性玻璃涂覆的材料。挠性基片可包括聚合物，如聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚烯烃、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯(PMMA)、共聚物、或其混合物。
参见图12，一种根据另一种实施方式的制造如图1-8中任何图中所示用于将光转化成电的装置的方法的简化示意图。由图12可见，提供半导体基片组合件1200。可以按连续形式或者作为多个独立基片的形式提供基片组合件1200。基片组合件1200包括半导体基片1201，其类似于上述半导体基片100-800，基片上形成有电极层1203，该电极层可以与上述电极层104-804中任何电极层相同。
半导体基片组合件1200的表面1210与形成电极层1203的表面相反。图12的实施方式的具体特征在于，表面1210包含通过蚀刻、刮擦、标记、平版印刷或其他合适方法预先形成的图案化的通道。这些通道在表面1210上形成图案1205。在将乳液施加在表面1210上并蒸发溶剂之后，这些通道导致乳液中的纳米颗粒优先组装在这些通道中。
将半导体基片组合件1200供给乳液涂覆站1206。在乳液涂覆站1206处，将乳液1207施加在半导体基片组合件1200的表面1210上。
乳液1207优选是如上所述的油包水乳液。可以如以上关于乳液907所述在乳液涂覆站1206处施加乳液1207。
可以如上所述对沉积乳液1207的表面1210进行预处理。施加乳液1207之后，如以上关于图9所述进行溶剂蒸发(在1212)、烧结(在1214)、以及可能的烧结后处理步骤(在1216)。如以上关于图9的电极层920所述表征电极层1220的薄层电阻，可通过电镀之类的技术减小电阻。可如以上关于图9所述增加额外的装置层和特征。
图12的实施方式的另一个具体特征在于，在从乳液1207蒸发溶剂时，剩余涂料中的纳米颗粒将优先填充、至少部分填充图案1205的通道。
参见图13，一种根据另一种实施方式的制造如图1-8中任何图中所示的用于将光转化成电的装置的方法的简化示意图。由图13可见，提供基片组合件或多个基片组合件1302。
基片组合件1302可以是挠性或刚性的，例如是玻璃、纸、陶瓷和织物。这些基片可包括聚合物，如聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚烯烃、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、共聚物、或其混合物。基片1302可具有平坦表面或弯曲表面，该表面可以是平滑的或粗糙的。基片1302可以是可传输光的。
将基片组合件1302供给乳液涂覆站1306。在乳液涂覆站1306处，将乳液1307施加在基片组合件1302的表面1310上。
乳液1307优选是如上所述的油包水乳液。可如以上关于乳液907所述，在乳液涂覆站1206处施加乳液1307。
可如上所述对沉积乳液1307的表面1310进行预处理。施加乳液1307之后，如以上关于图9所述进行溶剂蒸发(在1312)、烧结(在1314)、以及可能的烧结后处理步骤(在1316)。如以上关于图9的电极层920所述表征电极层1320的薄层电阻，可通过电镀之类的技术减小电阻。可如以上关于图9所述增加额外的装置层和特征。
在形成电极层1320的下游，将半导体基片组合件1330或多个半导体基片组合件1330供给制造站1332。基片组合件1330包括半导体基片1331，该基片类似于上述的半导体基片100-800，基片上形成有电极层1333，该电极层可以与上述电极层104-804中的任何电极层相同。
在制造站1332处，将基片组合件1330放置在电极层1320上，使半导体基片1331与电极层1320电接触。组合的部件形成光伏装置1336。
图13的实施方式的具体特征在于，将乳液1307涂覆或以其他方式沉积在基片上，形成电极1320，然后在独立的制造步骤中，将具有电极1320的涂覆的基片与光伏装置的预制部件结合。
参见图14，一种根据另一种实施方式的制造如图1-8中任何图中所示的用于将光转化为电的装置的方法的简化示意图。由图14可见，提供一个基片组合件或多个基片组合件1402。
基片组合件1402可以是挠性或刚性的，例如是玻璃、纸、陶瓷和织物。这些基片可包括聚合物，例如聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚烯烃、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、共聚物、或其混合物。基片1402可具有平坦表面或弯曲表面，该表面可以是平滑或粗糙的。
将基片组合件1402供给乳液涂覆站1406。在乳液涂覆站1406处，将乳液1407施加在基片组合件1402的表面1410上。
乳液1407优选是上述油包水乳液。可如以上关于乳液907所述，在乳液涂覆站1206处施加乳液1407。
可如上所述对沉积乳液1407的表面1410进行预处理。施加乳液1407之后，如以上关于图9所述进行溶剂蒸发(在1414)、烧结(在1414)、以及可能的烧结后处理步骤(在1416)。如以上关于图9的电极层920所述表征电极层1420的薄层电阻，可通过电镀之类的技术减小电阻。可如上关于图9所述增加额外的装置层和特征。
在电极除去站1422处，从基片组合件1402上分离电极层1420，形成独立的电极层1426。可以通过物理方法，例如刮擦、剥离、用刀分离或浮动，或者可以通过化学方法，例如用释放剂溶解或加热，从基片组合件1402上分离电极层1420。还可以通过存在释放剂或释放层，或者通过不使用粘合剂，从而移除电极层1420。
该过程还可包括变形步骤，如附图标记1428所示，其中电极层1426伸长或变形，从而改变导电迹线的图案中光传输性区域的形状。例如，可以对伸长进行取向，增大图案中网格的长宽比，如图案1440所示。
可以将具有图案1420或1440的独立的电极层1426转移到半导体基片组合件1430。基片组合件1430包括半导体基片1431，该基片类似于上述100-800的半导体基片，基片上形成有电极层1433，该电极层可以与上述电极层104-804中任何电极层相同。可以如关于图9所述进行额外的处理步骤。
参见图15，一种根据本发明的透明导电涂层的光学显微照片。基片由标准n-掺杂(P)4-英寸Si晶片构成。在施加乳液之前，将基片在在3∶1的硫酸∶过氧化氢溶液(标准食人鱼(piranha)溶液)中处理至少2分钟。硫酸浓度为97％，而过氧化氢浓度为3％。食人鱼溶液处理起到清洁表面和增大表面的羟基密度的作用，使该表面更为亲水。对于这个样品，使用以下乳液配方：
1.3 克银纳米粉末
44毫克氧化锑纳米粉末
125毫克Span 60
122毫克BYK410
1.72克环己酮
18克甲苯
10克溶解在去离子水中的0.02％ BYK。
使用迈耶(Mayer)4号棒施加涂料，与表面的距离为50微米，采用两个由玻璃纸带形成的隔片。施加的涂层的总湿厚度约为60微米。干燥之后，在800℃烘焙样品。这种样品的薄层电阻约为1欧姆/□，透光性为81％。使用图象处理软件ImageJ由光学显微照片计算透光性，表示表面上未被TCC迹线阴影遮挡的表面的比例。
本领域普通技术人员能够理解，可以使用本发明的图案化的透明电极制造其他要求在电磁光谱的可见、近红外、红外和/或紫外范围具有传输性的其他装置，包括例如：光伏二极管，光伏导体，光传感器，发光二极管(LED)包括有机发光二极管，和激光器，以及专门的晶体管，包括无机晶体管、有机晶体管、或混合式晶体管。可以采用本发明的其他应用包括但并不限于以下类别：印刷的电子设备，显示器背板和触摸屏，以及大面积或小面积挠性应用。挠性应用还包括大面积阵列，纺织品或活性服装，挠性显示器，和电子纸(电子书、期刊、报纸)。这些应用还包括用于健康、安全或保密用途的监视或检测装置，包括低成本或一次性传感器或光学装置，以及用于只能包装中，例如用于将标签、指示、或RFID部件结合在包装中。本发明可用于户外环境和设备的装置中，例如用于军用，野营，或者远程或临时设施，或者用于海洋或空间应用。该装置可用于各种军事结构中，例如火箭、飞机、或军火。另外，本发明可用于建筑应用中，例如智能窗户和窗格，或者用于作为半导体装置的一部分的专门的油漆和涂料中。

Claims (14)

1.一种用于将光转化成电的装置，该装置包括：
基片，其具有半导体表面；
第一电极层，其设置在所述基片的半导体表面上，并与该表面电接触，该电极层包含导电迹线的图案，所述迹线由涂覆在半导体基片上并干燥导致纳米颗粒自组装成由至少部分结合的纳米颗粒形成的图案的一种包含纳米颗粒的乳液形成，限定随机形状的网格，该网格不含所述部分结合的纳米颗粒，所述网格透光且可见，可通过光学显微镜观察到；和
第二电极层，其设置在所述基片的设置第一电极层的相反侧上，与所述半导体电接触。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括至少位于所述网格中的透明填料。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括设置在所述基片和第一电极层之间的中间层。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述中间层是导电聚合物。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述导电聚合物是PEDOT:PSS。
6.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述中间层还包含能加强第一电极与半导体表面的粘合性的材料。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述用于加强粘合性的材料包括玻璃料、玻璃珠或氧化硅。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述随机形状的网格中包含掺杂剂。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述迹线的高宽比，即高度∶宽度，等于或大于1∶5。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第二半导体基片，该基片设置在第一电极层的与设置第一半导体基片的侧面相反的侧面上；以及第三电极，该电极设置在第二半导体基片的与设置第一电极层相反的侧面上，第一和第三电极包含导电迹线的图案，所述迹线由至少部分结合的纳米颗粒形成，限定随机形状的网格，网格中不含所述部分结合的纳米颗粒，该网格透光；所述第一、第二和第三电极层具有彼此不同的功能。
11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二电极也包含导电迹线的图案，所述迹线由至少部分结合的纳米颗粒形成，限定随机形状的网格，所述网格不含所述部分结合的纳米颗粒，该网格透光；所述第一和第二电极层可具有彼此不同的功能。
12.一种制造用于将光转化成电的装置的方法，该方法包括：
提供具有半导体表面的基片；
在半导体表面上涂覆包含导电纳米颗粒的乳液；干燥乳液导致所述纳米颗粒自组装成导电迹线的图案，所述迹线由至少部分结合的纳米颗粒形成，限定随机形状的网格，所述网格中不含部分结合的纳米颗粒，该网格透光，可通过光学显微镜观察到；和
提供第二电极层，该第二电极层设置在基片的与设置第一电极层的表面相反的表面上，该第二电极层与半导体电接触。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，按辊到辊工艺，以连续方法将所述乳液涂覆在半导体基片上。
14.一种在基片上制造透明导电涂层的方法，该方法包括以下步骤：
a)提供其上形成有图案的基片，所述图案包括以预定几何形状在基片中形成的通道；
b)用包含导电纳米颗粒的乳液涂覆该基片；和
c)干燥该乳液，使得纳米颗粒在基片的图案化区域中组装。
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