CN103069580A - 太阳基元和电池三维集成 - Google Patents

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Abstract

一种集成光伏基元和电池器件及其制造方法，以及一种包含所述集成光伏基元和电池器件的光伏功率系统。所述集成光伏基元和电池器件（100）包括光伏基元（110）、电池（120）和互连（140,150），该互连将光伏基元和电池三维集成为用于俘获和存储太阳能的集成器件。本发明还提供一种机器可读的设计结构，用于仿真、设计或制造所述集成光伏基元和电池器件。

Description

太阳基元和电池三维集成
技术领域
本发明一般涉及光伏技术，更具体而言，涉及利用三维（3D）集成的光伏基元（cell）和电池（battery）集成。
背景技术
光伏器件或太阳基元是将太阳辐射转换成电能的电子器件。由太阳基元产生的电能通常存储在电池中以备使用。
在现有太阳功率系统中公知的太阳基元和电池为具有布线连接的独立部件。因此，现有太阳功率系统损耗大且在能量管理上不是有效的。
发明内容
因此，本发明的一个方面提供一种集成光伏基元和电池器件。该器件包括：具有第一侧的光伏基元，所述光伏基元的第一侧具有到在所述光伏基元中设置的n型层和p型层的隔离电接触；
具有第一侧的电池，所述电池的第一侧具有到在所述电池中设置的阴极和电子的集电体的隔离电接触，其中所述光伏基元的第一侧接合到所述电池的第一侧；以及至少一个互连，其将所述光伏基元和所述电池三维集成为用于俘获和存储太阳能的集成器件。
本发明的另一方面提供一种制造光伏基元和电池集成器件的方法。提供光伏基元，其中所述光伏基元的第一侧包括到n型层和p型层二者的隔离电接触。提供电池，其中所述电池的第一侧包括到阴极和集电体二者的隔离电接触。将所述光伏基元和所述电池接合，以形成用于俘获和存储太阳能的集成器件。
本发明另一方面提供一种光伏功率系统，其包括多个三维集成光伏基元和电池器件，以及用于优化能量转换的逻辑电路。
附图说明
图1是根据本发明实施例的集成光伏基元和电池器件的横截面图。
图2是根据本发明实施例的集成光伏基元和电池器件的制造流程图。
图3是光伏基元的第一制造步骤中的光伏基元横截面图。
图4a是光伏基元的第二制造步骤中的光伏基元横截面图。
图4b是光伏基元的第二制造步骤中的光伏基元顶视图。
图5是光伏基元的第三制造步骤中的光伏基元横截面图。
图6是光伏基元的第四制造步骤中的光伏基元横截面图。
图7a是光伏基元的第五制造步骤中的光伏基元横截面图。
图7b是光伏基元的第五制造步骤中的光伏基元顶视图。
图8a是光伏基元的第六制造步骤中的光伏基元横截面图。
图8b是光伏基元的第六制造步骤中的光伏基元顶视图。
图9a是光伏基元的第七制造步骤中的光伏基元横截面图。
图9b是光伏基元的第七制造步骤中的光伏基元顶视图。
图10a是光伏基元的第八制造步骤中的光伏基元横截面图。
图10b是光伏基元的第八制造步骤中的光伏基元底视图。
图11是电池的第一制造步骤中的电池横截面图。
图12是电池的第二制造步骤中的电池横截面图。
图13是电池的第三制造步骤中的电池横截面图。
图14是电池的第四制造步骤中的电池横截面图。
图15是电池的第五制造步骤中的电池横截面图。
图16是电池的第六制造步骤中的电池横截面图。
图17是根据本发明实施例的集成器件的集成制造步骤中的光伏基元和电池器件的横截面图。
图18是根据本发明实施例的光伏功率系统的系统流程图。
图19是根据本发明实施例用于集成光伏基元和电池器件的示例性设计流程方框图。
具体实施方式
图1示出根据本发明优选实施例的集成光伏基元和电池器件100。器件100包括集成为单个器件的光伏基元110和电池120。光伏基元110将太阳辐射转换成电能然后存储在电池120中。光伏基元110和电池120可以分别制造，以便最大化制造效率，然后再将两个部件接合在一起形成单个集成器件100。
在该示例中，光伏基元110基于晶体硅制成；然而，也可以采用其它类型的太阳基元，包括薄膜太阳基元，这不会脱离本发明的范围。例如，光伏基元110可以基于非晶硅、碲化镉或硒化铜铟镓制成。如要了解薄膜型太阳基元技术，可以参阅K.L.Chopra的“Thin-Film Solar Cells:AnOverview”PROGRESS IN PHOTOVOLTAICS:RESEARCH ANDAPPLICATIONS,Prog.Photovolt:Res.Appl.,2004;12:6992，该文章被并入本文。
类似的，在所述示例中，电池120基于可再充电固态锂离子电池。然而，电池120也可以采用其它类型，这不会脱离本发明的范围。例如，电池120可以是其它类型的湿基元或干基元电池或者超级电容器。
在图1所示的优选实施例中，电池120包括多个三维电池基元130a和130b。这些三维电池基元130a和130b放大了电池120的表面积，因此可以增大能量密度。通过并联连接电池基元130a和130b，电池电压保持恒定，而电池容量却得以扩展。电池基元130a和130b的数量不限于图1所示数量。为了更加详细地说明如上所述具有三维电池基元的可再充电固态电池，可以参阅Loic Baggetto的的“On the route toward3D-integratedall-solid-state micro-batteries”，Solid-State Technology,Aug.2008，该文章被并入本文中。
在图1所示的优选实施例中，光伏基元110包括用于光伏基元的第一导电接触层111、钝化层112、重掺杂n型硅层113、p型硅层114、重掺杂p型硅层115、衬里层116、介电层117和用于光伏基元的第二导电接触层118。
每个上述层在晶体硅光伏基元技术中都属于普通常识。本发明的范围不限于上述层，还可以包括附加的层或更少层。虽然图1示出各层表面为平面线，但是本领域技术人员可以理解，对于单晶硅而言，这些表面可以是粗糙表面而非平滑表面。此外，本领域技术人员可以理解每个层的目的、构成每个层的材料以及每个层的合适厚度。所以在此仅作简要说明。
用于光伏基元的第一导电接触层111是由良导体例如金属制成的接触网格，它用作电子的集电体。在网格之间通常设置保护性透明包封层。在其它实施例中，第一导电接触层111也可以由透明导电氧化物制成。
钝化层112是用于表面钝化的材料层，通常还提供入射光的抗反射。
重掺杂n型硅层113是利用能够提供额外导电电子以便产生负电子电荷载流子的材料所重掺杂的硅。在其它实施例中，该n型层可以由非晶硅、硫化镉、硫化锌或氧化锌制成。
p型硅层114是利用能够在硅晶格中导致缺失电子以便产生正电荷载流子的材料所掺杂的硅，所述材料。在其它实施例中，p型层可以由非晶硅、碲化镉、二硒化铜铟镓、硒硫化铜铟、硫硒化铜镓、硫硒化铜锌锡、铜铋黄铜矿（copper bismuth chalcopyrite）化合物或锌黄锡矿（kesterite）化合物。虽然图1示出各层表面为平面线，但是本领域技术人员可以理解，对于单晶硅而言，这些表面可以是粗糙表面而非平滑表面。
重掺杂p型硅层115被重掺杂以便形成与电极的良好电接触。
衬里层116用于加衬该硅层以便保护免受第二导电接触层118的扩撒。示例性材料包括钯、镍、镍钨和氮化钽。
介电层117用于将掺杂的硅与第二导电接触层118电绝缘。该介电层可以由任意介电材料例如氧化硅形成。
用于光伏基元的第二导电接触层118由良导体例如金属制成。在图1所示的优选实施例中，第二导电接触层由铜制成，它可以接合到电池。
在图1所示的优选实施例中，电池120包括用于电池的第一导电接触层121、衬里层122、介电层123、阴极层124、电解质层125、阳极层126、阻挡层127、掺杂硅衬底层128和用于电池的第二导电接触层129。
每个上述层在固态锂离子电池技术中都属于普通常识。本发明的范围不限于上述层，还可以包括附加的层或更少层。本领域技术人员可以理解每个层的作用、构成每个层的材料以及每个层的合适厚度。所以在此仅作简要说明。
用于电池的第一导电接触层121是由良导体例如金属制成。用于电池的第一导电接触层121必须由能够接合到用于光伏基元的第二导电接触层118的材料构成。在图1所示的优选实施例中，该第一导电接触层由铜制成。
衬里层122用于加衬该硅层以便保护免受第一导电接触层121的扩撒。示例性材料包括钯、镍、镍钨和氮化钽。
介电层123用于将掺杂硅与第一导电接触层121电绝缘。该介电层可以由任意介电材料例如氧化硅形成。
阴极层124由锂能够迁移进和迁移出的材料制成。在优选实施例中，阴极层124由氧化锂钴制成。
电解质层125由充分传导以便锂离子迁移的材料制成。在优选实施例中，电解质层125是固态电解质层。
阳极层126由锂能够迁移进和迁移出的材料制成。在优选实施例中，阳极层126由硅制成。
阻挡层127由能够保护掺杂硅衬底层128免受锂离子扩撒的材料制成。在优选实施例中，阻挡层127由氮化钛制成。
掺杂硅衬底层128用作在垂直结构中蚀刻的衬底，并且被掺杂以便导电。
用于电池的第二导电接触层129由良导体例如金属制成，它用作电子的集电体。
垂直互连140和150提供光伏基元110和电池120之间的电连接。具体而言，垂直互连140提供用于光伏基元的第一导电接触层111和用于电池的第一导电接触层121之间的电连接。垂直互连150提供用于光伏基元的第二导电接触层118和用于电池的第二导电接触层129之间的电连接。垂直互连150不需要整个延伸穿过掺杂硅衬底层128，这是因为该衬底被掺杂以便导电。
隔离沟槽160a-d用于将垂直互连140形成的电连接与垂直互连150形成的电连接隔离。
图2示出根据本发明实施例的制造集成光伏基元和电池器件的制造流程图。图2所示步骤不是用于限制本发明的范围，而仅是用于示出优选实施例。具体步骤、步骤编号和步骤顺序都可以改变而不会脱离本发明的范围。
在图2中，在流程图左侧示出光伏基元制造流程200。图1所示的光伏基元110正是通过制造流程200制成。在流程图的右侧示出电池制造流程210。图1所示电池120正是通过制造流程210制成。在制造光伏基元110和电池120之后，在最终步骤230中将光伏基元110和电池120层叠，并且通过压缩接合工艺接合接触层118和120，从而形成单一集成器件。
参照图2和光伏基元制造流程200，在第一步骤201中，形成具有p型层114、115和介电层117的晶片。在第二步骤202中，穿过晶片形成通孔。在第三步骤203中，在晶片p型层114的暴露表面中形成n型掺杂层113。在第四步骤204中，去除介电层117的一部分，以便绕通孔形成介电层的隔离区。在第五步骤205中，沉积衬里层116，以便保护垂直互连140和接触层118的金属免受扩撒影响。在第六步骤206中，金属化晶片具有隔离介电区的一侧，以便形成用于光伏基元的第二接触层118，以及填充通孔以便形成垂直互连140。在第七步骤207中，在n型层113中沉积钝化层112，去除钝化层112的一部分以便暴露出下面的垂直互连140，以及将第一接触层111沉积到钝化层112上。在第八步骤208中，形成隔离沟槽160a和160b，以便电隔离互连周围的接触区，从而将互连与接触层118的其余部分隔开。经过这些步骤形成图1所示的光伏基元110。
参照图2和电池制造流程210，在第一步骤211中，形成衬底128。在第二步骤212中，将垂直沟槽蚀刻到衬底中。在第三步骤213中，将阻挡层127、阳极层126、电解质层125和阴极层124沉积到衬底上和沟槽中。沉积到沟槽中的层形成电池基元130。在第四步骤214中，穿过多个层124-127将通孔形成到衬底中。在第五步骤215中，在阴极层和孔中形成介电层123，以便将孔与各个层隔离。在第六步骤216中，去除介电层123的一部分区域，以便暴露出下面的阴极层124。在第七步骤217中，沉积衬里层122以便保护下面的层。在第八步骤218中，金属化电池120的具有多个层的一侧，以便形成接触层121，以及填充孔以形成垂直互连150。在第九步骤219中，形成隔离沟槽160c和160d，以便隔离互连周围的接触区，从而将互连与接触层121的其余部分隔开。经过这些步骤形成图1所示的电池120。
图3-17是处于不同制造过程阶段的、根据本发明优选实施例的集成光伏基元和电池器件的横截面图。
图3是处于光伏基元第一制造步骤中的光伏基元的横截面图。该晶片包括掺杂p型硅层114和重掺杂p型硅层115。
图4a是处于光伏基元第二制造步骤中的光伏基元的横截面图。介电层117沉积在晶片上。介电层可以由氧化物或氮化物制成。然后穿过该晶片形成通孔401。通过在介电层117上采用激光刻划束，以及采用博世工艺（Bosch process）穿孔硅层114和115，从而形成通孔401。
图4b是光伏基元的第二制造步骤中的光伏基元的顶视图。从顶侧示出该通孔401，该顶侧也用作集成器件的光照侧。
图5是光伏基元的第三制造步骤中的光伏基元的横截面图。重掺杂n型硅层113通过到掺杂硅层114和115的扩散而形成。这在通孔401从晶片顶部延伸到介电层117的壁上形成n型区域。
图6是光伏基元的第四制造步骤中的光伏基元的横截面图。隔离介电区601围绕通孔401形成，它也可以利用激光刻划束而形成。
图7a是光伏基元第五制造步骤中的光伏基元的横截面图。衬里层116和接触层118沉积到晶片上。衬里层116保护硅层113、114和115免受接触层118的扩撒影响。衬里层116和接触层118填充图6中的通孔401，以便形成导电垂直互连140。
图7b是处于光伏基元第五制造步骤中的光伏基元的顶视图。从顶视图示出垂直互连140。
图8a是处于光伏基元第六制造步骤中的光伏基元的横截面图。钝化层112沉积在晶片上。钝化层112用于表面钝化，通常还用于入射光的抗反射。
图8b是处于光伏基元第六制造步骤中的光伏基元的顶视图。从顶视图示出，钝化层覆盖晶片的光照侧，并且覆盖垂直互连140。
图9a是处于光伏基元第七制造步骤中的光伏基元的横截面图。钝化层111的一部分901被去除，接触层111沉积到钝化层112上。
图9b是处于光伏基元第七制造步骤中的光伏基元的顶视图。接触层111由网格形成，因此没有覆盖整个钝化层112。接触层111必须被定位为形成与下面的垂直互连140的电连接。
图10a是处于光伏基元第八制造步骤中的光伏基元的横截面图。在晶片的底部形成隔离沟槽160a和160b。可以利用激光刻划束形成隔离沟槽160a和160b。
图10b是处于光伏基元第八制造步骤中的光伏基元的底视图。隔离沟槽160a和160b将垂直互连140与第二接触层1001的其余部分电隔离。
图11是处于电池第一制造步骤中的电池的横截面图。电池1100包括阴极层124、电解质层125、阳极层126、阻挡层127、掺杂硅衬底层128和第二导电接触层129。电池1100还包括多个电池基元130a和130b，以便增大电池1100的表面积从而增大能量密度。通过并联连接电池基元130a和130b，电池电压保持恒定，并且电池容量得以扩展。
图12是处于电池第二制造步骤中的电池的横截面图。通孔1201穿过层124-127并且进入下面的衬底层128。
图13是处于电池第三制造步骤中的电池的横截面图。介电层123沉积为使得介电层123至少部分地沉积到孔1201中，沉积程度足以使得孔1201和层124-127电绝缘。因此，典型地，介电层123的深度至少为层124-127的总厚度。介电层123不应当将孔1201与衬底层128电绝缘。
图14是处于电池第四制造步骤中的电池的横截面图。介电层123的一部分1401被去除，以便暴露出下面的阴极层124。介电层123的一部分1401可以利用激光刻划束来去除。
图15是处于电池第五制造步骤中的电池的横截面图。衬里层122沉积到电池的顶部，以使得该层填充从介电层123去除的部分1401以及孔1201。然后，金属化处理电池的顶部，以便形成第一接触层121和垂直互连150。垂直互连150不必穿过整个掺杂硅衬底层128，因为该衬底被掺杂以便导电。
图16是处于电池第六制造步骤中的电池的横截面图。在电池的顶部形成隔离沟槽160c和160d。可以利用激光刻划束形成隔离沟槽160c和160d。隔离沟槽160c和160d将垂直互连150与第二接触层1601的其余部分电隔离。
图17是根据本发明实施例的集成器件的集成制造步骤中的光伏基元和电池器件的横截面图。在分别制造光伏基元110和电池120之后，这两二者被接合在一起，如图17所示。光伏基元100的第二导电接触层118被热压缩接合到电池120的第一导电接触层121。铜-铜热压缩接合工艺是三维集成领域的公知常识。
图18是根据本发明实施例的光伏功率系统1800的系统流程图。光伏功率系统1800包括光伏基元和电池集成器件100的面板1810。面板1810可以包括任意数量的光伏基元和电池集成器件100。面板1810连接到逻辑电路1820，该逻辑电路包括逆变器1821和控制器1822。逻辑电路1820可以构建到面板1810中，或者利用CMOS技术直接集成到光伏基元和电池集成器件100。逻辑电路1820连接到负载1803，该负载由光伏基元和电池集成器件100的面板1810产生的电能供电。
图19示出了例如在半导体IC逻辑设计、仿真、测试、布图和制造中使用的示例性设计流程1900的方块图。设计流程1900包括用于处理设计结构或器件以产生上述以及图1或图3-17中示出的设计结构和/或器件的逻辑上或其他功能上等效表示的过程、机器和/或机制。
由设计流程1900处理和/或产生的设计结构可以在机器可读传输或存储介质上被编码以包括数据和/或指令，所述数据和/或指令在数据处理系统上执行或以其他方式处理时，产生硬件组件、电路、器件或系统的逻辑上、结构上、机械上或其他功能上的等效表示。机器包括但不限于用于IC设计过程（例如设计、制造或仿真电路、组件、器件或系统）的任何机器。例如，机器可以包括：用于产生掩模的光刻机、机器和/或设备（例如电子束直写仪）、用于仿真设计结构的计算机或设备、用于制造或测试过程的任何装置，或用于将所述设计结构的功能上的等效表示编程到任何介质中的任何机器（例如，用于对可编程门阵列进行编程的机器）。
设计流程1900可随被设计的表示类型而不同。例如，用于构建专用IC（ASIC）的设计流程1900可能不同于用于设计标准组件的设计流程1900，或不同于用于将设计实例化到可编程阵列（例如，由
Figure BDA00002836023600101
Inc.或
Figure BDA00002836023600102
Inc.提供的可编程门阵列（PGA）或现场可编程门阵列（FPGA））中的设计流程1900。
图9示出了多个此类设计结构，其中包括优选地由设计过程1910处理的输入设计结构920。设计结构1920可以是由设计过程1910生成和处理以产生硬件器件的逻辑上等效的功能表示的逻辑仿真设计结构。设计结构1920还可以或备选地包括数据和/或程序指令，所述数据和/或程序指令由设计过程1910处理时，生成硬件器件的物理结构的功能表示。无论表示功能和/或结构设计特性，均可以使用例如由核心开发人员/设计人员实施的电子计算机辅助设计（ECAD）生成设计结构1920。
当编码在机器可读数据传输、门阵列或存储介质上时，设计结构1920可以由设计过程1910内的一个或多个硬件和/或软件模块访问和处理以仿真或以其他方式在功能上表示例如图1或图3-17中示出的那些电子组件、电路、电子或逻辑模块、装置、器件或系统。因此，设计结构1920可以包括文件或其他数据结构，其中包括人类和/或机器可读源代码、编译结构和计算机可执行代码结构，当所述文件或其他数据结构由设计或仿真数据处理系统处理时，在功能上仿真或以其他方式表示电路或其他级别的硬件逻辑设计。此类数据结构可以包括硬件描述语言（HDL）设计实体或遵循和/或兼容低级HDL设计语言（例如Verilog和VHDL）和/或高级设计语言（例如C或C++）的其他数据结构。
设计过程1910优选地采用和结合硬件和/或软件模块，所述模块用于合成、转换或以其他方式处理图1或图3-17中示出的组件、电路、器件或逻辑结构的设计/仿真功能等价物以生成可以包含设计结构（例如设计结构1920）的网表1980。网表1980例如可以包括编译或以其他方式处理的数据结构，所述数据结构表示描述与集成电路设计中的其他元件和电路的连接的线缆、分离组件、逻辑门、控制电路、I/O设备、模型等的列表。网表1980可以使用迭代过程合成，其中网表1980被重新合成一次或多次，具体取决于器件的设计规范和参数。对于在此所述的其他设计结构类型，网表1980可以记录在机器可读数据存储介质上或编程到可编程门阵列中。所述介质可以是非易失性存储介质，例如磁或光盘驱动器、可编程门阵列、压缩闪存或其他闪存。此外或备选地，所述介质可以是可在其上经由因特网或其他适合联网手段传输和中间存储数据分组的系统或高速缓冲存储器、缓冲器空间或导电或光导器件和材料。
设计过程1910可以包括用于处理包括网表1980在内的各种输入数据结构类型的硬件和软件模块。此类数据结构类型例如可以驻留在库元件1930内并包括一组常用元件、电路和器件，其中包括给定制造技术（例如，不同的技术节点，32纳米、45纳米、90纳米等）的模型、布图和符号表示。所述数据结构类型还可包括设计规范1940、特征数据1950、检验数据1960、设计规则1970和测试数据文件1985，它们可以包括输入测试模式、输出测试结果和其他测试信息。设计过程1910还可例如包括标准机械设计过程，例如用于诸如铸造、成型和模压成形等操作的应力分析、热分析、机械事件仿真、过程仿真。
机械设计领域的技术人员可以在不偏离本发明的范围和精神的情况下理解在设计过程1910中使用的可能机械设计工具和应用的范围。设计过程1910还可包括用于执行诸如定时分析、验证、设计规则检查、放置和路由操作之类的标准电路设计过程的模块。
设计过程1910采用和结合逻辑和物理设计工具（例如HDL编译器）以及仿真建模工具以便与任何其他机械设计或数据（如果适用）一起处理设计结构1920连同示出的部分或全部支持数据结构，从而生成第二设计结构1990。设计结构1990以用于机械设备和结构的数据交换的数据格式（例如以IGES、DXF、Parasolid XT、JT、DRC或任何其他用于存储或呈现此类机械设计结构的适合格式）驻留在存储介质或可编程门阵列上。
类似于设计结构1920，设计结构1990优选地包括一个或多个文件、数据结构或其他计算机编码的数据或指令，它们驻留在传输或数据存储介质上，并且由ECAD系统处理时生成图1或图3-17中示出的本发明的一个或多个实施例的逻辑上或以其他方式在功能上等效的形式。在一个实施例中，设计结构990可以包括在功能上仿真图1或图3-17中示出的器件的编译后的可执行HDL仿真模型。
设计结构1990还可以采用用于集成电路的布图数据交换的数据格式和/或符号数据格式（例如以GDSII（GDS2）、GL1、OASIS、图文件或任何其他用于存储此类设计数据结构的适合格式存储的信息）。设计结构1990可以包括信息，例如符号数据、图文件、测试数据文件、设计内容文件、制造数据、布图参数、线缆、金属层、过孔、形状、用于在整个生产线中路由的数据，以及制造商或其他设计人员/开发人员制造上述以及图1或图3-17中示出的器件或结构所需的任何其他数据。设计结构1990然后可以继续到阶段1995，例如，在阶段1995，设计结构1990：继续到流片（tape-out），被发布到制造公司、被发布到掩模室（mask house）、被发送到其他设计室，被发回给客户等。
在此所使用的该术语为仅为了说明特定实施例的目的，且不旨在作为本发明的限制。如在此所使用，单数形式“一”、“一个”以及“该”意味着包括复数形式，除非上下文另有明确指示。应进一步可以理解，当在本说明书中使用时术语“包含”和/或“包括”说明阐明的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或增加。
以下权利要求中相应的结构、材料、动作和所有装置或步骤加功能要素的等价物旨在包括与作为具体所主张的与其他主张要素组合执行功能的任何结构、材料或动作。本发明的描述已为了例示与描述的用途而进行说明，但不旨在全面性或限于本发明所揭示的形式中。此领域一般技术人员显然将可得知许多修改例与变化例而不悖离本发明的范畴与精神。该实施例为选择并说明以最佳解释本发明与该实际应用的原理，且让此领域其他一般技术人员能够了解用于各种实施例的本发明，其具有适合于所列入考虑的该特定用途的各种修改例。

Claims (20)

1.一种集成光伏基元和电池器件，包括：
具有第一侧的光伏基元，所述光伏基元的第一侧具有到在所述光伏基元中设置的n型层和p型层的隔离电接触；
具有第一侧的电池，所述电池的第一侧具有到在所述电池中设置的阴极和电子的集电体的隔离电接触，其中所述光伏基元的所述第一侧接合到所述电池的所述第一侧；以及
至少一个互连，其将所述光伏基元和所述电池三维集成为用于俘获和存储太阳能的集成器件。
2.根据权利要求1所述的器件，其中所述阴极是阴极层，以及其中所述集电体包括衬底。
3.根据权利要求2所述的器件，其中所述电池还包括：
电解质层；
阳极层；以及
阻挡层；
其中所述至少一个互连穿过所述阴极层、电解质层、阳极层和阻挡层，以提供从所述电池的所述第一侧到所述衬底的电接触。
4.根据权利要求1所述的器件，其中所述光伏基元还包括：
介电层，其中所述至少一个互连穿过所述p型层和所述介电层，以提供从所述光伏基元的所述第一侧到所述n型层的电接触。
5.根据权利要求1所述的器件，其中所述光伏基元是薄膜基元。
6.根据权利要求5所述的器件，其中所述薄膜基元包括选自以下材料的材料：非晶硅、碲化镉、二硒化铜铟镓、硒硫化铜铟、硫硒化铜镓、硫硒化铜锌锡、铜铋黄铜矿化合物以及锌黄锡矿化合物。
7.根据权利要求1所述的器件，其中所述电池是固态锂电池。
8.根据权利要求7所述的器件，其中所述电池被三维集成以包含垂直电池基元结构。
9.一种制造集成光伏基元和电池器件的制造方法，所述方法包括：
提供光伏基元，其中所述光伏基元的第一侧包括到n型层和p型层二者的隔离电接触；
提供电池，其中所述电池的第一侧包括到阴极和集电体二者的隔离电接触；以及
将所述光伏基元和所述电池接合，以形成用于俘获和存储太阳能的三维集成器件。
10.根据权利要求9所述的方法，其中提供所述光伏基元的步骤包括：
至少部分穿过所述光伏基元形成互连，以提供到所述光伏基元的所述第一侧上的所述n型层的电接触。
11.根据权利要求9所述的方法，其中提供所述电池的步骤包括：
至少部分穿过所述电池形成互连，以提供到所述电池的所述第一侧上的所述集电体的电接触。
12.根据权利要求9所述的方法，其中接合所述光伏基元和所述电池的步骤包括：
利用压缩接合将所述光伏基元的所述第一侧接合到所述电池的所述第一侧。
13.根据权利要求9所述的方法，其中提供所述光伏基元的步骤包括：
形成具有p型层和介电层的晶片；
穿过所述晶片形成通孔；
在所述晶片的所述p型层的暴露表面中形成n型掺杂层；
去除所述晶片的所述介电层的一部分，以形成围绕所述通孔的介电层隔离区；
金属化所述晶片具有隔离介电区的一侧以形成接触层，其中至少部分填充所述通孔以便形成互连；以及
去除所述接触层的一部分，以围绕所述互连形成将所述互连与所述接触层的其余部分隔开的隔离的接触区。
14.根据权利要求9所述的方法，其中形成所述电池的步骤包括：
形成衬底；
将至少一个垂直沟槽蚀刻到所述衬底中；
在所述衬底上形成阻挡层；
在所述阻挡层上形成阳极层；
在所述阳极层上形成电解质层；
在所述电解质层上形成阴极层；
穿过各层将孔形成到衬底中；
在所述阴极层上形成将所述孔与所有层电隔离的介电层；
去除所述介电层的区域以暴露所述阴极层；
金属化所述电池具有所述孔和暴露的阴极层的一侧以形成接触层，其中填充所述孔以形成互连；以及
去除所述接触层的一部分，以围绕所述互连形成将所述互连与所述接触层的其余部分隔开的隔离的接触区。
15.根据权利要求9所述的方法，其中形成所述光伏基元的步骤包括形成薄膜光伏基元。
16.根据权利要求15所述的方法，其中形成所述薄膜光伏基元的步骤包括沉积p型层，所述p型层包括选自以下材料的材料：非晶硅、碲化镉、二硒化铜铟镓、硒硫化铜铟、硫硒化铜镓、硫硒化铜锌锡、铜铋黄铜矿化合物以及锌黄锡矿化合物。
17.根据权利要求9所述的方法，其中提供所述电池的步骤包括：形成具有垂直电池基元结构的三维集成固态电池。
18.一种用于能量转换的光伏功率系统，包括：
多个如权利要求1所述的三维集成光伏基元和电池器件；以及
用于优化所述能量转换的逻辑电路。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述多个三维集成光伏基元和电池器件并联连接。
20.一种机器可读的设计结构，用于仿真、设计或制造如权利要求1所述的集成光伏基元和电池器件。
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