CN103270608B - 混合光电装置及其应用 - Google Patents

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Abstract

在一方面，本文描述了包括电和热产生能力的光电装置。在一些实施方式中，本文描述的装置包括包含至少一个辐射传送表面的导管芯、设置在所述导管芯中的流体以及至少部分围绕所述导管芯的光活性组件，所述光活性组件包括辐射传送型第一电极、与所述第一电极电连接的至少一个感光层，以及与所述感光层电连接的第二电极。

Description

混合光电装置及其应用
相关申请
根据35U.S.C§119(e)，本申请要求于2010年10月18日提交的美国临时专利申请序列号61/394,306的优先权，其全部内容通过参考并入本文。
技术领域
本发明涉及光电装置（光伏装置）并且，具体地，涉及包括电能和热能生产能力的混合光电装置（光伏装置）。
背景技术
当跨接负荷并暴露于光时，光电装置通过产生光产生的电流而将电磁辐射转化成电。由光电电池（光伏电池）产生的电能可以用于多种应用中，包括照明、加热、电池充电，以及要求电能的供电装置。
当在无穷负荷下辐照时，光电装置产生其最大可能电压，开路电压或Voc。当在其电接触短路下辐照时，光电装置产生其最大电流，I短路电流或Isc。在操作条件下，光电装置与有限负荷连接，并且电功率输出等于电流和电压的乘积。由光电装置产生的最大功率不能超过Voc和Isc的乘积。当负载值针对最大发电量进行优化时，电流和电压分别具有值Imax和Vmax。
评价光电电池性能的关键特征是填充因子，ff。填充因子是光电电池的实际功率与如果电流和电压均为它们的最大值时其功率的比率。根据公式（1）提供光电电池的填充因子。
ff=(ImaxVmax)/(IscVoc) (1)
光电电池填充因子总是小于1，因为Isc和Voc绝不能在操作条件下同时获得。然而，当填充因子接近数值1时，装置显示更小的内电阻，因此，在最适条件下将更高百分比的电功率递送至负荷。
光电装置可以另外地通过它们将电磁能转化成电能的效率来表征。根据公式（2）提供光电装置的转换效率，ηp，其中Pinc是入射在光电设备上的光的功率。
ηp=ff*(IscVoc)/Pinc (2)
利用结晶的或无定形硅的装置统治了商业应用，并且一些已达到23%以上的效率。然而，高效的基于结晶的装置（尤其是具有较大表面积），由于在制造不含有促进激子重组的结晶缺陷的大结晶中的问题，其生产是困难并昂贵的。可商购的无定形硅光电电池显示范围在约4至12%的效率。
构建具有可与无机装置相比的效率的有机光电装置提出了技术挑战。一些有机光电装置显示在1%以下等级的效率。在有机光电装置中显示的低效率是由激子扩散长度（LD）和有机层厚度之间严重的长度比例失配（错配）引起的。为了具有可见光电磁辐射的有效吸收，有机膜必须具有约500nm的厚度。该厚度大大超过激子扩散长度（一般约50nm），经常引起激子重组。
此外，通过电流光电装置不能收集显著量的太阳光谱。例如，超过1150nm的红外辐射，经常被转换成光电装置内的热能（与电子-空穴对相对）。在光电装置的感光区内产生热能可以产生负面结果，如Voc的减少和对光电电池的永久性结构损害。
发明内容
从前述内容来看，在一方面，本文描述了包括电和热产生能力的光电装置。在一些实施方式中，本文描述的装置包括包含至少一个辐射传送表面的导管芯、设置在导管芯中的流体以及至少部分围绕导管芯的光活性组件，所述光活性组件包括辐射传送型第一电极、与第一电极电连接的至少一个感光层，以及与感光层电连接的第二电极。
在另一方面，本文描述的光电装置包括多个光电电池，其中至少一个光电电池包括包含至少一个辐射传送表面的导管芯、设置在该导管芯中的流体以及至少部分围绕该导管芯的光活性组件，该光活性组件包括辐射传送型第一电极、与该第一电极电连接的至少一个感光层，以及与该感光层电连接的第二电极。
在至少部分围绕导管芯中，在一些实施方式中，本文描述的装置的光活性组件与导管芯结合。在一些实施方式中，例如，将光活性组件设置在导管芯的表面上。另外，在一些实施方式中，本文描述的光活性组件的感光层包括感光性有机组合物。在一些实施方式中，感光层包括感光性无机组合物。在一些实施方式中，光活性组件包括多个感光层。在一些实施方式中，感光层包括感光性有机组合物、感光性无机组合物或它们的组合。在一些实施方式中，光活性组件的第二电极是非辐射传送型的。
此外，在一些实施方式中，设置在导管芯中的流体可操作以吸收具有落在电磁光谱的红外区的一种或多种波长的辐射。在一些实施方式中，设置在导管芯中的流体是辐射传送型的。
另外，在一些实施方式中，本文描述的光电装置与热交换器或可操作以获得在设置在导管芯中的流体中产生的热能的其他装置结合。
在另一方面，本文描述了制造光电装置的方法。在一些实施方式中，制造光电装置的方法包括提供包括至少一个辐射传送表面的导管芯、将流体设置在该导管芯中并用光活性组件至少部分地围绕该导管，该光活性组件包括辐射传送型第一电极、电连接至该第一电极的至少一个感光层，以及电连接至该感光层的第二电极。在一些实施方式中，在导管芯上制造光活性组件。在一些实施方式中，光活性组件独立于导管芯进行制造并随后结合至导管芯。
在另一方面，本发明描述了将电磁能量转换成电能的方法。在一些实施方式中，将电磁能量转换成电能的方法包括在光电装置的一侧或周围区域接收辐射，该光电装置包括包含至少一个辐射传送表面的导管芯、设置在该导管芯中的流体，以及至少部分围绕该导管芯的光活性组件，该光活性组件包括辐射传送型第一电极、电连接至该第一电极的至少一个感光层，以及电连接至该感光层的第二电极。在一些实施方式中，一旦在沿着光电装置的一侧或周围区域的一个或多个点处接收辐射，则将辐射传送入光活性组件的至少一个感光层中从而在感光层中产生激子。在一些实施方式中，产生的空穴和电子随后被分开，而电子移动入与光电装置接通的外部电路中。
在将电磁辐射转换成电能的方法的一些实施方式中，通过在光电装置的导管芯中的流体来改变接收的电磁辐射的至少一部分的路径。在一些实施方式中，例如，接收辐射的至少一部分被导管芯中的流体折射。在一些实施方式中，接收辐射的至少一部分被导管芯中的流体聚焦或集中到光活性组件的感光层上。在一些实施方式中，将路径改变的辐射传送入光活性组件的至少一个感光层中用于产生激子。在一些实施方式中，聚焦或集中接收辐射的至少一部分，可以增加传送入至少一个感光层中的总辐射密度或单位面积的辐射密度。
在一些实施方式中，在导管芯中的流体可以用于将接收的电磁辐射引导至与导管芯结合的光活性组件，由此允许更大量的电磁辐射到达光活性组件。此外，在一些实施方式中，用设置在导管芯中的流体将电磁能量引导至光活性组件，允许利用光活性组件覆盖在导管芯上的更少的表面积，由此减少光电装置的生产成本。
在一些实施方式中，将电磁辐射转换成电能的方法进一步包括用导管芯中的流体吸收接收辐射的至少一部分。在一些实施方式中，通过流体吸收辐射产生热能。在一个实施方式中，例如，在导管芯中的流体吸收具有在电磁光谱的红外区中的一种或多种波长的辐射，辐射的吸收产生热能。在一些实施方式中，流体流过热交换器或可操作从而能够获得在流体中产生的热能的其他装置。在一些实施方式中，用一种或多种热电装置与流体热接触用于收集热能。另外，在一些实施方式中，热交换的流体返回到导管芯用于进一步产生和收集热能。
在下面的具体实施方式中更详细地描述了本发明的这些以及其他实施方式。
附图说明
图1说明根据本文描述的一个实施方式的装置的剖视图。
图2说明根据本文描述的一个实施方式的装置的横截面视图。
图3说明根据本文描述的一个实施方式的光电装置。
图4说明根据本文描述的一个实施方式与热交换器结合的光电装置。
图5说明根据本文描述的一个实施方式改变由光电装置接收的电磁辐射的至少一部分的路径。
图6说明根据本文描述的一个实施方式的光电装置的电流密度相对于照明角。
图7说明根据本文描述的一个实施方式的光电装置的辐射吸收特性。
图8说明根据本文描述的一个实施方式的光电装置的电流密度相对于电压。
图9说明根据本文描述的一个实施方式的光电装置的外量子效率（EQE）相对于照明波长。
图10说明根据本文描述的一个实施方式的导管芯的光分布特性。
图11说明根据本文描述的一个实施方式的光电装置的热性质。
图12说明根据本文描述的一个实施方式的光电装置的热性质。
具体实施方式
在一方面，本文描述了包括电和热产生能力的光电装置。在一些实施方式中，本文描述的装置包括包含至少一个辐射传送表面的导管芯、设置在该导管芯中的流体以及至少部分围绕该导管芯的光活性组件，该光活性组件包括辐射传送型第一电极、与该第一电极电连接的至少一个感光层，以及与该感光层电连接的第二电极。
如本文中使用的，辐射传送型，是指能够在电磁光谱的可见区中至少部分地通过辐射。在一些实施方式中，辐射传送型物质能够以最小的吸光或其他干扰通过可见电磁辐射。此外，如本文中使用的，电极是指提供用于将光产生的电流递送至外部电路或将偏置电压提供给本文描述的装置的介质的层。电极提供光电装置的光活性区与线、导线、迹线或用于将带电载体传送入或传送出外部电路的其他装置之间的界面。
图1说明根据本文描述的一个实施方式的光电装置的剖视图。在图1中说明的装置（10）包括导管芯（11）和设置在该导管芯（11）中的流体（12）。光活性组件（13）与导管芯（11）结合并至少部分地围绕该导管芯（11）。在图1的实施方式中，光活性组件（13）的各个元件围绕导管芯（11）外部约百分之50。如本文所描述的，在一些实施方式中，光活性组件（13）包括辐射传送型第一电极（14）、电连接至第一电极（14）的至少一个感光层（16），以及电连接至感光层（16）的第二电极（17）。本文进一步描述的激子阻挡层（15）被设置在辐射传送型第一电极（14）和感光层（16）之间。在至少部分地围绕导管芯（11）中，光活性组件（13）具有匹配或基本上匹配导管芯（11）的曲率或外部表面的曲率。
图1的装置（10）可操作以在导管芯（11）的一侧或沿着导管芯（11）的周围区域的一个或多个点处接收电磁辐射（18）。这与沿着导管芯（11）的纵轴接收电磁辐射相对。
图2说明根据本文描述的另一个实施方式的装置的横截面视图。图2中说明的装置（20）包括导管芯（21）和设置在该导管芯（21）中的流体（22）。光活性组件与导管芯（21）结合并至少部分地围绕该导管芯（21）。在图2的实施方式中，光活性组件包括辐射传送型第一电极（23）、电连接至第一电极（23）的感光层（25），以及电连接至感光层（25）的第二电极（26）。本文进一步描述的激子阻挡层（24）被设置在辐射传送型第一电极（23）和感光层（25）之间。辐射传送型第一电极（23）、激子阻挡层（24），以及感光层（25）全部围绕导管芯（21）的外部，而第二电极（26）围绕导管芯（21）的外部约百分之50（50%）。
类似于图1的装置，图2的装置（20）可操作以在导管芯（21）的一侧或沿着导管芯（21）的周围区域（如与导管芯的后侧（29）相对的导管芯的前侧（28））的一个或多个点处接收电磁辐射（27）。
现在转到可以包括在本文描述的装置的各种实施方式中的组分，本文描述的装置包括包含至少一个辐射传送表面的导管芯。在一个实施方式中，所有或基本上所有的导管芯表面是辐射传送型的。在一些实施方式中，导管芯由辐射传送型材料构成。在一些实施方式中，适合的辐射传送型材料包括玻璃、石英或聚合物质。在一些实施方式中，辐射传送型聚合物质包括聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯或它们的共聚物或混合物。在一些实施方式中，辐射传送型聚合物质包括聚碳酸酯、聚苯乙烯或包含八氟环丁烷（PFBC）的聚合物，如八氟环丁烷聚（芳醚）类。
在一些实施方式中，导管芯可以具有任何希望的尺寸。在一些实施方式中，导管芯具有至少约0.1mm的内径。在一些实施方式中，导管芯具有至少约0.5mm或至少约1mm的内径。在一些实施方式中，导管芯具有约1.5mm的内径。在一些实施方式中，导管芯具有至少约10mm或至少约100mm的内径。在一些实施方式中，导管芯具有至少约1cm或至少约10cm的内径。在一些实施方式中，导管芯具有至少约100cm或至少约1m的内径。在一些实施方式中，导管芯具有范围在约0.1mm至约1m的内径。
在一些实施方式中，导管芯具有至少约0.5mm的长度。在一些实施方式中，导管芯具有至少约1mm或至少约10mm的长度。在一些实施方式中，导管芯具有至少约1cm或至少约10cm的长度。在一些实施方式中，导管芯具有至少约500cm或至少约1m的长度。在一些实施方式中，导管芯具有范围在约0.5mm至约10m的长度。
此外，导管芯可以具有任何希望的横截面形状。在一些实施方式中，导管芯具有圆形或椭圆形横截面形状。在一些实施方式中，导管芯具有多边形横截面形状包括，但不限于，三角形、正方形、矩形、平行四边形、梯形、五边形或六边形。在一些实施方式中，导管芯是封闭的或在一端加盖（加帽）或在两端均加盖（加帽）。在一些实施方式中，导管芯并不在一端或两端加盖（加帽）以允许装置的流体流过导管芯（如本文进一步描述的）。
本文描述的装置还包括设置在导管芯中的流体。在一些实施方式中，设置在导管芯中的流体是辐射传送型的，由此将被装置接收的至少一部分辐射传送至光活性组件。此外，在一些实施方式中，流体可操作以改变被装置接收的至少一部分电磁辐射的路径。在一些实施方式中，例如，流体具有不同于导管芯折射率的折射率。在一些实施方式中，流体具有大于导管芯折射率的折射率。在一些实施方式中，流体具有小于导管芯折射率的折射率。在一些实施方式中，流体可操作以聚焦或集中被装置接收的至少一部分电磁辐射。在一些实施方式中，聚焦或集中被装置接收的至少一部分电磁辐射，可以增加传送入光活性组件中的总辐射密度或单位面积的辐射密度。
在一些实施方式中，设置在导管芯中的流体可操作以吸收被装置接收的至少一部分辐射。在一些实施方式中，例如，设置在导管芯中的流体可操作以吸收具有在电磁光谱的红外区中的一种或多种波长的辐射。在一些实施方式中，流体可操作以吸收近红外辐射（NIR）、中波红外辐射（MWIR）或长波红外辐射（LWIR）或它们的组合。在一些实施方式中，设置在导管芯中的流体可操作以吸收具有在电磁光谱的可见和/或紫外（UV）区中的一种或多种波长的辐射。在一些实施方式中，流体的辐射吸收曲线并不与光活性组件的感光层的辐射吸收曲线重叠。在一些实施方式中，流体的辐射吸收曲线至少部分地与光活性组件的感光层的辐射吸收曲线重叠。
在一些实施方式中，由设置在导管芯中的流体吸收辐射产生热能。在一些实施方式中，在流体中产生的热能可以通过将热流体转移至热交换器或类似装置而获得。在一些实施方式中，设置在导管芯中的流体包括可操作以有助于流体热能的一种或多种斯托克斯位移物质。此外，在一些实施方式中，由流体的一种或多种斯托克斯位移物质发射的辐射可以被光活性组件的感光层吸收。
与本发明的目的一致的任何斯托克斯位移物质可以用于结合到流体中。在一些实施方式中，根据吸收和发射曲线选择适合的斯托克斯位移物质。在一些实施方式中，斯托克斯位移物质的吸收曲线并不与光活性组件的感光层的吸收曲线重叠。在一些实施方式中，斯托克斯位移物质的吸收曲线至少部分地与光活性组件的感光层的吸收曲线重叠。另外，在一些实施方式中，斯托克斯位移物质具有至少部分地与光活性组件的感光层的吸收曲线重叠的发射曲线。
在一些实施方式中，斯托克斯位移物质可操作以在电磁波谱的近紫外区吸收辐射。在一些实施方式中，例如，斯托克斯位移物质吸收具有范围在约300nm至约400nm的波长的辐射。
在一些实施方式中，斯托克斯位移物质包括染料。可以使用与本发明的目的一致的任何染料。在一些实施方式中，例如，染料包括香豆素类、香豆素衍生物类、芘类，以及芘衍生物类中的一种或多种。在一些实施方式中，斯托克斯位移物质包括紫外光-可激发荧光团。适合用于本文描述的一些实施方式中的染料的非限制性实例包括甲氧基香豆素、丹磺酰基染料、芘、Alexa Fluor350、氨基甲基香豆素乙酸酯/盐（AMCA）、Marina Blue染料、Dapoxyl染料、二烷基氨基香豆素、bimane染料、羟基香豆素、CascadeBlue染料、Pacific Orange染料、Alexa Fluor405、Cascade Yellow染料、Pacific Blue染料、PyMPO，以及Alexa Fluor430。
在一些实施方式中，斯托克斯位移物质包括磷光体。可以使用与本发明的目的一致的任何磷光体。在一些实施方式中，例如，磷光体包括一种或多种的卤代磷酸盐磷光体和三磷光体。适合用于本文描述的一些实施方式的磷光体的非限制性实例包括Ca5(PO4)3(F,Cl):Sb3+、Mn2+；Eu:Y2O3；以及Tb3+、Ce3+:LaPO4。在一些实施方式中，磷光体包括磷光体颗粒。在一些实施方式中，磷光体颗粒可以悬浮在流体中。
在一些实施方式中，设置在导管芯中的流体包括液体。与本发明的目的一致的任何液体可以用作设置在导管芯中的流体。在一些实施方式中，液体具有不同于导管芯折射率的折射率。在一些实施方式中，液体具有比导管芯更高的折射率。进一步，在一些实施方式中，液体具有较高的热容量（C）。在一些实施方式中，液体包括热液体。在一些实施方式中，液体包括有机热液体。在一些实施方式中，液体包括油，包括，但不限于，硅油、矿物油、饱和烃油、不饱和烃油或它们的混合物。在一些实施方式中，硅油包括聚二甲氧基硅氧烷。在一些实施方式中，矿物油包括氢化处理的矿物油。在一些实施方式中，液体包括芳香族化合物。在一些实施方式中，液体包括一种或多种石蜡烃、氢化处理的重石蜡族蒸馏物、直链烯烃类、二-或三-芳基醚类、部分氢化处理的三联苯、二芳基二烷基化合物、二苯基乙烷、二苯基氧化物，以及烷基化的芳族化合物如烷基化的联苯、二乙基苯以及C14至C30烷基苯衍生物。
在一些实施方式中，液体包括二醇类，如乙二醇、丙二醇，和/或聚二醇。在一些实施方式中，液体包括水。在一些实施方式中，液体包括离子液体。适用于本文描述的一些实施方式的离子液体的非限制性实例包括1-丁基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐、1-辛基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐、1-癸基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双三氟甲磺酰亚胺盐、1-丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐、1-辛基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐、1-癸基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑鎓四氯化铝，以及它们的组合。
在一些实施方式中，设置在导管芯中的流体包括气体。与本发明的目的一致的任何气体可以用作设置在导管芯中的流体。
在一些实施方式中，流体的选择可以基于几种考虑，包括，但不限于液体的热容、液体的电磁吸收曲线、液体的粘度和/或液体的折射率。
本文描述的装置还包括至少部分地围绕导管芯的光活性组件。在一些实施方式中，光活性组件包括辐射传送型第一电极、与该第一电极电连接的至少一个感光层，以及与该感光层电连接的第二电极。在一些实施方式中，光活性组件包括连接至第一电极的多个感光层。在一些实施方式中，光活性组件进一步包括并不电连接至第一电极和/或第二电极的至少一个感光层。
在至少部分围绕的导管芯中，在一些实施方式中，本文描述的装置的光活性组件与导管芯结合。在一些实施方式中，例如，将光活性组件设置在导管芯的表面上。在一些实施方式中，光活性组件围绕导管芯的外部可达约百分之95（95%）。在一些实施方式中，光活性组件围绕导管芯的外部可达约百分之70（70%）或可达约百分之60（60%）。在一些实施方式中，光活性组件围绕导管芯的外部可达约百分之50（50%）或可达约百分之35（35%）。在一些实施方式中，光活性组件围绕导管芯的外部可达约百分之25（25%）。在一些实施方式中，光活性组件围绕导管芯的外部至少约百分之5（5%）或至少约百分之10（10%）。在一些实施方式中，光活性组件围绕导管芯的外部约百分之1（1%）至约百分之50（50%）。
在至少部分地围绕导管芯中，在一些实施方式中，光活性组件具有匹配或基本上匹配导管芯的曲率或外部表面的曲率。此外，在一些实施方式中，光活性组件并不包括纤维结构或构造。
在一些实施方式中，并不是所有光活性组件的部件都相同量地围绕导管芯的外部。在一些实施方式中，例如，光活性组件的辐射传送型第一电极、至少一个感光层，以及第二电极相同量地或基本上相同量地围绕导管芯的外部（如在图1的实施方式中）。可替代地，在一些实施方式中，光活性组件的辐射传送型第一电极、至少一个感光层，以及第二电极不同量地围绕导管芯的外部（如在图2的实施方式中）。在一些实施方式中，光活性组件的辐射传送型第一电极、至少一个感光层，以及第二电极各自围绕导管芯的外部的约百分之1（1%）至约百分之50（50%）。
进一步，本文描述的光活性组件的部件能够以与本发明的目的一致的任何方式排列在导管芯周围。在一些实施方式中，光活性组件的一种或多种部件排列在导管芯的周围提供了由光活性组件吸收入射电磁辐射的增加机会。例如，在一些实施方式中，光活性组件的至少一个感光层完全围绕导管芯，要求入射辐射在到达导管芯之前穿过感光层。在一些实施方式中，光活性组件的至少一个感光层围绕导管芯外部大于约百分之50。在其他实施方式中，至少一个感光层围绕导管芯外部可达约百分之95、可达约百分之90、可达约百分之80、可达约百分之70。因此，在一些实施方式中，光活性组件的部件可以被排列以允许至少一部分的入射辐射在导管芯的前侧以及在导管芯的后侧穿过感光层。在一些实施方式中，导管芯的前侧是指更接近被导管芯接收的入射辐射的导管芯的侧面（如在图2中所说明的）。
此外，在其中至少一个感光层围绕导管芯外部大于约百分之50的本文描述的一些实施方式中，光活性组件的一种或多种其他部件并不围绕导管芯外部大于约百分之50。例如，在一些实施方式中，第二电极围绕导管芯外部不大于约百分之50。
进一步，在其中至少一个感光层围绕导管芯外部大于约百分之50的本文描述的一些实施方式中，存在于导管芯前侧上的感光层并不减少或抑制设置在导管芯中的流体将接收辐射的至少一部分引导至存在于导管芯后侧上的感光层的能力。在一些实施方式中，存在于导管芯前侧上的感光层增加或加强设置在导管芯中的流体将接收辐射的至少一部分引导至导管芯后侧上的感光层的能力。在一些实施方式中，流体、导管芯，以及感光层的相对折射率影响设置在导管芯中的流体将辐射引导至导管芯后侧上的感光层的能力。
在导管芯前侧上包括至少一个感光层的一些实施方式中，在导管芯前侧上的感光层电连接至辐射传送型第一电极和第二电极。因此，在一些实施方式中，在导管芯前侧上的感光层中产生的带电载体可以通过辐射传送型第一电极和第二电极中的一个或多个而引出。在一些实施方式中，本文描述的光活性组件进一步包括电连接至导管芯前侧上的感光层的第三电极。因此，在一些实施方式中，在导管芯前侧上的感光层中产生的带电载体可以通过第三电极而引出。在一些实施方式中，例如，在导管芯前侧上的感光层与在该导管芯后侧上的感光层是不连续的。
另外，在一些实施方式中，在导管芯前侧上存在至少一个感光层为光活性组件提供多谱特性。例如，在一些实施方式中，存在于导管芯前侧上的感光层可以包括与存在于导管芯后侧上的感光层不同的物质。在一些实施方式中，存在于导管芯前侧上的感光层的吸收曲线不与存在于导管芯后侧上的感光层的吸收曲线重叠或基本上不重叠。在一些实施方式中，例如，存在于导管芯前侧上的感光层可操作以吸收与被后侧感光层吸收的可见光谱区不重叠或仅部分重叠的可见光谱的一个区域中的电磁辐射。因此，在一些实施方式中，包括在导管芯前侧上的至少一个感光层和在导管芯后侧上的至少一个感光层的光活性组件可以用于获得太阳光谱的多个区。
根据一些实施方式，辐射传送型第一电极包括辐射传送型传导氧化物。在一些实施方式中，辐射传送型传导氧化物可以包括铟锡氧化物（ITO）、镓铟锡氧化物（GITO），以及锌铟锡氧化物（ZITO）。在另外的实施方式中，辐射传送型第一电极可以包括辐射传送型聚合物质如聚苯胺（PANI）及其化学衍生物。
在一些实施方式中，3,4-聚乙烯二氧噻吩（PEDOT）可以是适合用于第一电极的辐射传送型聚合物质。在一些实施方式中，辐射传送型第一电极可以包括具有可操作以至少部分地通过可见电磁辐射的厚度的碳纳米管层。
在另外的实施方式中，辐射传送型第一电极可以包括复合物质，该复合物质包括分散于聚合相中的纳米颗粒相。在一些实施方式中，纳米颗粒相可以包括碳纳米管、富勒烯，或它们的混合物。在进一步的实施方式中，辐射传送型第一电极可以包括具有可操作以至少部分地通过可见电磁辐射的厚度的金属层。在一些实施方式中，金属层可以包括基本纯的金属或合金。适于用作辐射传送型第一电极的金属可以包括高逸出功金属。
在一些实施方式中，辐射传送型第一电极可以具有范围在约10nm至约1μm的厚度。在一些实施方式中，辐射传送型第一电极可以具有范围在约100nm至约900nm的厚度。在另外的实施方式中，辐射传送型第一电极可以具有范围在约200nm至约800nm的厚度。在进一步的实施方式中，辐射传送型第一电极可以具有大于约1μm的厚度。
在光活性组件的一些实施方式中，至少一个感光层包括有机组合物。在一些实施方式中，感光有机层具有范围在约30nm至约1μm的厚度。在另外的实施方式中，感光有机层具有范围在约80nm至约800nm的厚度。在进一步的实施方式中，感光有机层具有范围在约100nm至约300nm的厚度。
根据一些实施方式，感光有机层包括至少一个光活性区，其中吸收电磁辐射以产生可以随后分裂成电子和空穴的激子。在一些实施方式中，光活性区可以包括聚合物。在一个实施方式中，适用于感光有机层的光活性区的聚合物，可以包括共轭聚合物如噻吩类，包括聚(3-己基噻吩)（P3HT）、聚(3-辛基噻吩)（P3OT），以及聚噻吩（PTh）。
在一些实施方式中，适用于感光有机层的光活性区的聚合物可以包括半导体聚合物。在一个实施方式中，半导体聚合物包括苯乙炔类，如聚(苯乙炔)和聚(对-苯乙炔)（PPV），以及它们的衍生物。在一些实施方式中，半导体聚合物可以包括聚芴类、萘类，以及它们的衍生物。在进一步的实施方式中，用于感光有机层的光活性区的半导体聚合物可以包括聚(2-乙烯基吡啶)（P2VP）、聚酰胺、聚(N-乙烯基咔唑)（PVCZ）、聚吡咯（PPy），以及聚苯胺（PAn）。在一些实施方式中，半导体聚合物包括聚[2,6-(4,4-二-(2-乙基己基)-4H-环戊并[2,1-b;3,4-b']二噻吩)-交替-4,7-(2,1,3-苯并噻二唑)]（PCPDTBT）。
根据一些实施方式，光活性区可以包括小分子。在一个实施方式中，适合用于感光有机层的光活性区的小分子可以包括香豆素6、香豆素30、香豆素102、香豆素110、香豆素153，以及香豆素480D。在另外的实施方式中，小分子可以包括部花青540。在进一步的实施方式中，小分子可以包括9,10-二氢苯并[a]芘-7(8H)-酮、7-甲基苯并[a]芘、芘、苯并[e]芘、3,4-二羟基-3-环丁烯-1,2-二酮，以及1,3-二[4-(二甲基氨基)苯基-2,4-二羟基环丁烯二基鎓二氢氧化物]。
在一些实施方式中，激子分裂（物）在邻近的供体和受体物质之间形成的有机层中的异质结处沉淀（凝结）。在一些实施方式中，有机层包括在供体和受体物质之间形成的至少一个本体异质结。在另外的实施方式中，有机层包括在供体和受体物质之间形成的多个本体异质结。
在有机物质的背景中，术语供体和受体是指两个接触但不同的有机物质的最高占据分子轨道（HOMO）和最低未占分子轨道（LUMO）能级的相对位置。这与在无机背景中这些术语的使用相对，其中供体和受体可以指分别用于产生无机n-和p-型层的掺杂剂的类型。在有机背景中，如果与另外物质接触的一种物质的LUMO能级较低，则该物质是受体。否则它是供体。在没有外部偏压的情况下，这对于供体-受体结处的电子移动进入受体物质，以及对于空穴移动进入供体物质是能量有利的。
根据一些实施方式，在感光有机层中的光活性区包括聚合复合物质。在一个实施方式中，该聚合复合物质可以包括分散在聚合相中的纳米颗粒相。适用于产生光活性区的聚合相的聚合物可以包括共轭聚合物，如噻吩类，包括聚(3-己基噻吩)（P3HT）和聚(3-辛基噻吩)（P3OT）。
在一些实施方式中，分散于聚合复合物质的聚合相中的纳米颗粒相包括至少一种碳纳米颗粒。碳纳米颗粒可以包括富勒烯、碳纳米管，或它们的混合物。在一个实施方式中，适合用于纳米颗粒相的富勒烯可以包括1-(3-甲氧基羰基)丙基-1-苯基(6,6)C61（PCBM）或C70富勒烯或它们的混合物。根据一些实施方式，用于纳米颗粒相的碳纳米管可以包括单壁纳米管、多壁纳米管，或它们的混合物。
在一些实施方式中，在聚合复合物质中聚合物与纳米颗粒的比率范围在约1:10至约1:0.1。在一些实施方式中，在聚合复合物质中的聚合物与纳米颗粒的比率范围在约1:4至约1:0.4。在一些实施方式中，在聚合复合物质中的聚合物与纳米颗粒的比率范围在约1:2至约1:0.6。在一个实施方式中，例如，聚(3-己基噻吩)与PCBM的比率范围在约1:1至约1:0.4。
在进一步的实施方式中，分散在聚合相中的纳米颗粒相包括至少一种纳米须。如本文中使用的，纳米须是指由多个碳纳米颗粒形成的结晶碳纳米颗粒。在一些实施方式中，纳米须可以通过退火包括聚合复合物质的感光有机层来产生。根据一些实施方式，可操作形成纳米须的碳纳米颗粒可以包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管，以及富勒烯。在一个实施方式中，纳米须包括结晶PCBM。在一些实施方式中，退火感光有机层可以进一步增加纳米颗粒相在聚合相中的分散。
在包括聚合相和纳米颗粒相的光活性区的实施方式中，聚合相用作供体物质而纳米颗粒相用作受体物质，从而形成用于将激子分离成空穴和电子的异质结。在其中纳米颗粒遍及聚合相分散的实施方式中，有机层的光活性区包括多个本体异质结。
在进一步的实施方式中，在感光有机层的光活性区中的供体物质可以包括有机金属化合物，包括卟啉类、酞菁类，以及它们的衍生物。在进一步的实施方式中，在感光有机层的光活性区中的受体物质可以包括二萘嵌苯、萘类，以及它们的混合物。
在一些实施方式中，至少一个感光层包括无机组合物。在一些实施方式中，无机组合物可以显示各种结构。在一些实施方式中，例如，无机组合物包括无定形物质。在另外的实施方式中，无机组合物包括结晶物质。在一些实施方式中，无机组合物包括单晶物质。在其他实施方式中，无机组合物包括多晶物质。
在一些实施方式中，多晶物质包括微晶颗粒、纳米晶颗粒以及它们的组合。在一些实施方式中，例如，多晶物质具有小于约1μm的粒径。在一些实施方式中，多晶物质具有小于约500nm、小于约300nm、小于约250nm或小于约200nm的平均粒径。一些实施方式中，多晶物质具有小于约100nm的平均粒径。在一些实施方式中，多晶物质具有在约5nm至约1μm之间的平均粒径。在一些实施方式中，多晶物质具有在约10nm至约50nm之间、约50nm至约250nm之间，或约50nm至约150nm之间的平均粒径。在一些实施方式中，多晶物质具有在约10nm至约100nm之间或约10nm至约80nm之间的平均粒径。在一些实施方式中，多晶物质具有小于约1μm的平均粒径。在一些实施方式中，多晶物质具有在约1μm至约50μm或约1μm至约10μm范围的平均粒径。
进一步，无机组合物可以显示各种组合物。在一些实施方式中，无机组合物包括第IV族半导体物质、第II/VI族半导体物质（如CdTe）、第III/V族半导体物质，或它们的组合或混合物。在一些实施方式中，无机组合物包括第IV族、第II/VI族、或第III/V族的二元、三元或四元系统。在一些实施方式中，无机组合物包括I/III/VI物质，如铜铟镓硒（CIGS）。在一些实施方式中，无机组合物包括多晶硅（Si）。在一些实施方式中，无机组合物包括微晶硅、纳米晶硅和/或原晶硅（protocrystalline silicon）。在一些实施方式中，无机组合物包括无定形硅（a-Si）。在一些实施方式中，无定形硅是未钝化的或基本未钝化的。在一些实施方式中，无定形硅用氢（a-Si:H）和/或卤素（如氟（a-Si:F））钝化。在一些实施方式中，无机组合物包括多晶铜锌锡硫化物（CZTS），如微晶、纳米晶、和/或原晶CZTS。在一些实施方式中，CZTS包括Cu2ZnSnS4。在一些实施方式中，CZTS进一步包括硒（Se）。在一些实施方式中，CZTS进一步包括镓（Ga）。在一些实施方式中，任何前述感光无机层的结晶物质可以具有本文所描述的任何粒径。
此外，感光无机层可以具有与本发明的目的一致的任何厚度。在一些实施方式中，例如，感光无机层具有范围在约10nm至约5μm的厚度。在另外的实施方式中，感光无机层具有范围在约200nm至约500nm或约25nm至约100nm的厚度。
在一些实施方式中，本文描述的光活性组件包括多个感光层。在一些实施方式中，例如，光活性组件包括多个有机感光层。在一些实施方式中，光活性组件包括多个无机感光层。在一些实施方式中，光活性组件包括至少一个有机感光层和至少一个无机感光层的组合。
在其中多个感光层存在于光活性组件中的一些实施方式中，感光层的吸收曲线并不重叠或并不基本上重叠。在其中多个感光层存在于光活性组件中的一些实施方式中，感光层的吸收曲线至少部分重叠。在一些实施方式中，可以使用多个感光层来获得太阳光谱的一种或多种区域。
此外，在一些实施方式中，光活性组件的第二电极包括金属。如本文所使用的，金属是指由基本纯的金属（如金、银、铂、铝）组成的物质以及包括由两种以上基本纯的物质组成的物质的金属合金。在一些实施方式中，第二电极包括金、银、铝，或铜。根据一些实施方式，第二电极可以具有范围在约10nm至约10μm的厚度。在一些实施方式中，第二电极可以具有范围在约100nm至约1μm的厚度。在进一步的实施方式中，第二电极可以具有范围在约200nm至约800nm的厚度。
在一些实施方式中，第二电极是非辐射传送型的。在一些实施方式中，例如，第二电极可操作以将未被感光层吸收的辐射反射回感光层中用于另外的吸收机会。在一些实施方式中，第二电极可操作以将未被导管芯的流体吸收的辐射反射回流体用于另外的吸收机会。
根据一些实施方式，包括氟化锂（LiF）的层可以设置在感光层和第二电极之间。在一些实施方式中，例如，LiF层被设置在感光有机层和第二电极之间。在一些实施方式中，LiF层可以具有范围在约5埃至约10埃的厚度。
在一些实施方式中，LiF层可以是至少部分氧化的，从而生成包括氧化锂（LiO2）和LiF的层。在另外的实施方式中，LiF层可以是完全氧化的，从而生成不含或基本上不含LiF的氧化锂层。在一些实施方式中，通过将LiF层暴露于氧、水蒸气或它们的组合来氧化LiF层。在一个实施方式好，例如，通过暴露于小于约10-6Torr的分压下包括水蒸气和/或氧的气氛将LiF层氧化成氧化锂层。在另外的实施方式中，通过暴露于小于约10-8Torr的分压下包括处于水蒸气和/或氧的气氛将LiF层氧化成氧化锂层。
在一些实施方式中，将LiF层暴露于包括水蒸气和/或氧的气氛持续范围在约1小时至约15小时的时间。在一些实施方式中，将LiF层暴露于包括水蒸气和/或氧的气氛持续大于约15小时的时间。在进一步的实施方式中，将LiF层暴露于包括水蒸气和/或氧的气氛持续小于约一小时的时间。根据一些实施方式，将LiF层暴露于包括水蒸气和/或氧的气氛的时间，取决于该气氛中水蒸气和/或氧的分压。水蒸气或氧的分压越高，暴露的时间越短。
在一些实施方式中，本文所描述的装置可以进一步包括另外的层，如一个或多个激子阻挡层。在一些实施方式中，激子阻挡层（EBL）可以作用以将光产生的激子限制于分裂界面附近的区域并防止在感光层/电极界面处寄生激子淬灭。除了限制其上激子可能扩散的路径，EBL另外可以用作在电极沉积期间针对引入物质的扩散阻挡层。在一些实施方式中，EBL可以具有足够的厚度以填充小孔（pin hole）或减少缺陷，否则这会使光电装置不可操作。
根据一些实施方式，EBL可以包括聚合复合物质。在一个实施方式中，EBL包括分散在3,4-聚乙烯二氧基噻吩:聚苯乙烯磺酸酯（PEDOT:PSS）中的碳纳米颗粒。在另外的实施方式中，EBL包括分散在聚(偏二氯乙烯)以及它们的共聚物中的碳纳米颗粒。分散在包括PEDOT:PSS和聚(偏二氯乙烯)的聚合相中的碳纳米颗粒可以包括单壁纳米管、多壁纳米管、富勒烯，或它们的混合物。在进一步的实施方式中，EBL可以包括具有可操作以允许空穴传送而阻止电子通过的逸出功能量的任何聚合物。
在一些实施方式中，EBL可被设置在辐射传送型第一电极和光活性组件的感光层之间。在其中装置包括多个感光有机层的一些实施方式中，例如，可以将EBL设置在感光有机层之间。
在一些实施方式中，本文描述的装置可以进一步包括围绕第二电极的保护层。保护层可以为装置提供增加的耐久度，从而允许其在各种各样应用中使用，包括光电应用。在一些实施方式中，保护层包括聚合复合物质。在一些实施方式中，保护层包括分散于聚(偏二氯乙烯)中的纳米颗粒。根据一些实施方式，分散于聚(偏二氯乙烯)中的纳米颗粒可以包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、富勒烯，以及它们的混合物。
在一些实施方式中，本文描述的装置可以进一步包括外部金属接触。在一个实施方式中，外部金属接触与第二电极共同延伸并与第二电极电接通。在一些实施方式中，外部金属接触可以可操作以在装置的周围和长度的至少一部分上提取电流。在一些实施方式中，外部金属接触可以包括金属（包括金、银、铝或铜）。在进一步的实施方式中，外部金属接触可以可操作以将未吸收的电磁辐射发射回至少一个感光层和/或导管流体中用于进一步的吸收。
在一些实施方式中，本文描述的装置可以进一步包括电荷转移层。如本文所用的，电荷转移层是指仅由装置的一部分至另一部分递送带电载体的层。在一个实施方式中。例如，电荷转移层可以包括激子阻挡层。
在一些实施方式中，电荷转移层可以被设置在感光层和辐射传送第一电极之间和/或感光层和第二电极之间。在一些实施方式中，电荷转移层可以被设置在本文描述装置的第二电极和保护层之间。根据一些实施方式，电荷转移层是非光活性的。
在一些实施方式中，本文描述的装置与热交换器或可操作以获得在设置在导管芯中的流体中产生热能的其他装置（包括热电装置或热电偶）结合。在一些实施方式中，热电装置与光活性组件结合。此外，在一些实施方式中，热电装置与光活性组件下游的导管芯的流体热接触。
因此，在一些实施方式中，本文描述的装置具有产生电能和热能的能力。在一些实施方式中，本文描述的装置具有至少约百分之15的太阳能-热效率。在一些实施方式中，本文描述的装置具有至少约百分之20或至少百分之25的太阳能-热效率。在一些实施方式中，本文描述的装置具有可达约百分之40的太阳能-热效率。在一些实施方式中，本文描述的装置具有范围在约百分之5至约百分之35的太阳能-热效率。在一些实施方式中，本文描述的装置具有范围在约百分之10至约百分之30的太阳能-热效率。
在一些实施方式中，本文描述的装置的太阳能-热效率是根据以下公式确定：
η th = W u G · A C = Δ Q u / Δt G · A C = m · C p · ΔT / Δt G · A C = m · C p G · A C · T ′ ( t )
其中Wu是收集的热，G是太阳辐照度，Cp是导管芯中流体的比热容而Ac是收集器面积。当流体在根据本文所描述的一些实施方式的导管芯中流动时，太阳能-热效率可以根据以下公式来描述：
η th = v · π · r 2 · ρ · C p G · A C · T ′ ( 1 / v )
其中，v是流速。光-热转换的另外的讨论可以在Charalambous P.G.;Maidment,G.G.;Kalogirou,S.A.;Yiakoumetti,K.,“Photovoltaic thermal(PV/T)collectors:a review,”Applied Thermal Engineering,2007,27,275-286中找到。由本文描述的装置转换的总功率可以通过添加来自光-热转换（ηth）和光-电转换（ηel）的功率来确定。
在另一方面，本文描述了包括多个光电电池的光电装置，其中至少一个光电电池包括包含至少一个辐射传送表面的导管芯、设置在导管芯中的流体，以及至少部分围绕导管芯的光活性组件，该光活性组件包括辐射传送型第一电极、与该第一电极电连接的至少一个感光层，以及与该感光层电连接的第二电极。本发明光电装置的至少一个光电电池的各个部件，如导管芯、流体以及光活性组件，可以包括本文针对其描述的任何构造和功能。
图3说明了根据本文描述的一个实施方式包括多个光电电池的光电装置。在图3中说明的光电装置（30）包括多个光电电池（31），其中每个光电电池包括包含至少一个辐射传送表面（33）的导管芯（32）、设置在导管芯（32）中的流体（34），以及具有本文描述的构造的至少部分围绕导管芯（32）的光活性组件。
光电电池（31）可操作以在导管芯（32）的一侧或沿着导管芯（32）的周围区域（与沿着导管芯（32）的纵轴接收电磁辐射相对）的一个或多个点处接收电磁辐射（18）。
在一些实施方式中，本文描述的光电装置与热交换器、热电装置或可操作以获得在设置在导管芯中的流体中产生的热能的其他装置结合。图4显示了根据本文描述的一个实施方式与交换器（40）结合的图3的光电装置（30）。在图4中说明的实施方式中，每个光电电池（31）与管道（41）结合从而允许包含由太阳光谱获得的热能并留在光电电池（31）中的流体（未显示）以被转移至热交换器（40）用于热收集。回流管道（42）为流体提供返回光电电池（31）的路径用于进一步的热收集。在一些实施方式中，使用泵（43）使流体通过光电电池（31），管道（41，42）以及热交换器（40）进行循环。
在另一方面，本文描述了制造光电装置的方法。在一些实施方式中，制造光电装置的方法包括提供包括包含至少一个辐射传送表面的导管芯、将流体设置在该导管芯中并用光活性组件至少部分地围绕该导管芯，该光活性组件包括辐射传送型第一电极、电连接至该第一电极的至少一个感光层，以及电连接至该感光层的第二电极。
在一些实施方式中，在导管芯上制造光活性组件。在一些实施方式中，光活性组件独立于导管芯进行制造并且随后结合到导管芯上。
在其中在导管芯上制造光活性组件的一些实施方式中，将辐射传送电极设置在导管芯的表面上。在一些实施方式中，将辐射传送型第一电极通过溅射或浸涂设置在纤维芯的表面上。
将至少一个感光层设置与辐射传送型第一电极电接通。在一些实施方式中，通过浸涂、旋涂、喷涂、气相沉积或真空热退火通过沉积有机感光层将有机感光层设置与辐射传送型第一电极电接通。
另外，在一些实施方式中，将感光有机层退火。在其中感光有机层包括包含聚合物相和纳米颗粒相的复合物质的一些实施方式中，在聚合物相和纳米颗粒相中将有机层退火可以产生更高的结晶度并引起纳米颗粒相在聚合物相中更大的分散。包括富勒烯、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管，或它们的混合物的纳米颗粒相可以由于退火而在聚合物相中形成纳米须。根据一些实施方式，将感光有机层退火可以包括在范围在约80℃至约155℃的温度下加热有机层持续约1分钟至约30分钟的时间。在一些实施方式中，感光有机层可以加热约5分钟。
在一些实施方式中，利用一种或多种标准制造方法将无机感光层沉积在辐射传送型第一电极上，包括基于溶液的方法、气相沉积方法，以及外延方法中的一种或多种。在一些实施方式中，选择的制造方法是基于所沉积的无机感光层的类型。例如，在一些实施方式中，可以利用等离子体增强的化学气相沉积（PECVD）或热丝化学气相沉积（HWCVD）将包括a-Si:H的无机感光层沉积。在一些实施方式中，利用PECVD或HWCVD来沉积包括a-Si:H的无机感光层可以允许形成a-Si:H的PIN结构。在另外的实施方式中，可以利用PECVD来沉积包括CdTe的无机感光层。在一些实施方式中，可以利用PECVD、HWCVD或溶液方法来沉积包括CZTS的无机感光层。在又其他实施方式中，沉积包括CIGS的无机感光层可以包括沉积包含CIGS的纳米颗粒。能够以与本发明的目的一致的任何方式沉积纳米颗粒。在一些实施方式中，可以通过化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、分子束外延（MEB）、原子层外延（ALE）、溶液原子层外延（SALE）或脉冲激光沉积（PLD）来沉积无机感光层。
将第二电极设置与至少一个感光层电接通。在一些实施方式中，设置与至少一个感光层电接通的第二电极包括通过气相沉积、旋涂或浸涂在感光有机层上沉积第二电极。
在另一方面，本文描述了将电磁能转换成电能的方法。在一些实施方式中，将电磁能转换成电能的方法包括在光电装置的一侧或周围区域接收辐射，该光电装置包括包含至少一个辐射传送表面的导管芯、设置在该导管芯中的流体，以及至少部分地围绕该导管芯的光活性组件，该光活性组件包括辐射传送型第一电极、电连接至该第一电极的至少一个感光层，以及电连接至该感光层的第二电极。在一些实施方式中，在光电装置的导管芯前侧接收辐射。在一些实施方式中，一旦在沿着光电装置的一侧或周围区域的一个或多个点处接收辐射，则将辐射传送到光活性组件的至少一个感光层中以在感光层中产生激子。产生的空穴和电子随后被分开而电子移动进入外部电路与光电装置接通。
在将电磁辐射转换成电能的方法的一些实施方式中，通过在光电装置的导管芯中的流体来改变接收的电磁辐射的至少一部分的路径。在一些实施方式中，例如，接收辐射的至少一部分被导管芯中的流体折射。在一些实施方式中，接收辐射的至少一部分被导管芯中的流体聚焦或集中到感光层上。在一些实施方式中，将路径改变的辐射传送到光活性组件的至少一个感光层中用于产生激子。在一些实施方式中，聚焦或集中接收辐射的至少一部分可以增加传送到至少一个感光层中的总辐射密度或单位面积的辐射密度。因此，在一些实施方式中，在导管芯中的流体可以用于将接收的电磁辐射引导至至少部分地围绕导管芯的光活性组件，以将更大量的电磁辐射提供给光活性组件，从而提高光电装置的性能。此外，在一些实施方式中，用设置在导管芯中的流体将电磁能引导至光活性组件允许利用光活性组件覆盖导管芯上的更小的表面积，从而降低光电装置的生产成本。
图5说明改变被本文描述的光电装置的一个实施方式接收的辐射的至少一部分的路径。如在图5中说明的，入射光（50）在缺少光电装置（52）的感光层（51）的空气中具有光程（55）。然而，当流体（53）（如油）被设置在光电装置（52）的导管芯（54）中时，入射光（50）的路径通过折射而改变。在图5的实施方式中，将路径改变的辐射（56）传送到光电装置的感光层（51）中。
在一些实施方式中，将电磁辐射转换成电能的方法进一步包括用导管芯中的流体吸收接收辐射的至少一部分。在一些实施方式中，通过流体吸收辐射产生热能。在一个实施方式中，例如，导管芯中的流体吸收具有在电磁光谱的红外区中的一种或多种波长的辐射，辐射的吸收产生热能。在一些实施方式中，流体流过热交换器或可操作以获得在流体中产生的热能的其他装置。另外，在一些实施方式中，热交换的流体返回到导管芯用于进一步收集热能。流体能够以与本发明的目的一致的任何速率流动。在一些实施方式中，例如，质量流率范围在约0.05g/(s·cm)至约5g/(s·cm)。在一些实施方式中，质量流率范围在约0.05g/(s·cm)至约3g/(s·cm)、约0.05g/(s·cm)至约2g/(s·cm)、约0.05g/(s·cm)至约1.5g/(s·cm)、约0.2g/(s·cm)至约1.2g/(s·cm)，或约0.3g/(s·cm)至约1g/(s·cm)。在一些实施方式中，选择流速以使太阳能-热效率达到最大值。
参考下面的非限制性实施例，可以进一步理解这些以及其他实施方式。
实施例1
光电装置
如下构建本文描述的光电装置。具有1.5mm内径、1.8mm外径，并且将一端封闭在半球形盖中的玻璃管导管芯获自Chemglass,Inc.,Vineland,NJ。将玻璃管在超声波浴中清洁然后干燥。通过来自80℃下ITO靶的射频（rf）磁控管溅射将具有100nm厚度的ITO的辐射传送型第一电极沉积在玻璃管的约百分之50的外部表面上，从而在管表面上形成近似半圆柱形的第一电极。随后将管暴露于臭氧90分钟。然后通过浸涂操作将有机感光层沉积在辐射传送型ITO第一电极上。有机感光层包括聚(3,4-聚乙烯二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸酯)（PEDOT:PSS,Clevios,厚度～200nm）和P3HT:PCBM（以wt计1:0.8，在氯苯中12mg/mL的溶液，厚度～150nm）。在10-6torr的压力下通过热蒸发将铝第二电极沉积在有机感光层上。具有活性区的管长度为1.8cm。将具有2.49kJ/(kg℃)的比热容的硅油设置成导管芯中的流体。测定包括设置在导管芯中的硅油的所制造的光电装置的各种性质。作为对照，还测定将空气而不是硅油设置在装置的导管芯中的性质。
利用AM1.5g标准Newport#96000太阳模拟器以100mW/cm2的照度测试光电装置的性质。如本文中图1所示说明了该装置。利用Keithley236源测量单元（Keithley236source-measurement unit）来收集电流电压特性。利用Newport Cornerstone260单色器结合Newport300W氙光源来测定外部量子效率（EQE）。利用K-型热电偶探头和秒表来测定光热特性。当存在时，利用浸入硅油中的K-型热电偶来测定管内硅油的温度。用秒表来测定加热和/或照明时间。通过围绕其中心轴旋转管并利用静态光源来改变光照的入射角度。
将包括导管芯中硅油的装置的角度依赖性特性与仅包括导管芯中空气的装置的特性相比较。图6显示装置的电流密度，为照射角的函数，其中零度表示照射垂直于管后部上的光电装置的半圆柱体的中心。硅油存在于导管芯中导致横过约50度的角度跨度电流密度增加高达约百分之30。
此外，装置的角度依赖性吸收的计算还表明吸光度增强。计算是基于管中反射和折射的光程模型，如，例如在Li,Y.;Zhou,W.;Xue,D.;Liu,J.W.;Peterson,E.D.;Nie,W.Y.;Carroll,D.L.,“Origins of performance infiber-based organic photovoltaics,”Applied Physics Letters,2009,95；Pettersson,L.A.A.;Roman,L.S.;Inganas,O.;“Modeling photocurrent actionspectra of photovoltaic devices based on organic thin films,”Journal ofApplied Physics,1999,86,487-496；以及Sievers,D.W.;Shrotriya,V.;Yang,Y.,“Modeling optical effects and thickness dependent current in polymerbulk-heterojunction solar cells,”Journal of Applied Physics,2006,100中所描述的，其全部内容通过参考并入本文。简言之，使用光线跟踪方法和Fresnel方程来计算光在哪里将会出现反射和折射，连同相应的角度和密度一起。然后使用转移矩阵来模拟光场分布并说明薄膜中的干扰。用软件包OPVAP（www.OPVAP.inwake.com）来模拟入射角依赖性。图7说明通过在导管芯中存在硅油而提供给光电装置的吸光度增强。
除了角度依赖性测量之外，还在零度照射下比较了光电装置的特性。图8中提供了电流密度-电压结果，而图9中提供了外部量子效率（EQE）结果。如图8和9中提供的，通过在导管芯中存在硅油而不是空气，可以显著地增强光电装置的性能。
还进行了关于在硅油和空气存在下管中光分布的光学实验。构建了类似于本实施例装置的装置，除了不加入有机感光层以及不加入第二电极。然后用太阳模拟器从一侧照射装置（在导管芯中含有硅油或是空气）并进行视觉检查。图10说明在导管芯中存在硅油聚焦了太阳模拟器光束。
此外，图11和12说明包括设置在导管芯中的硅油的光电装置的热性质。将K-型热电偶放置于照明区域外面的导管芯中，并且在静态条件（即，不搅动油或使其流动）下测量导管芯中硅油的温度，为照射时间的函数。图11说明硅油累积的温度增加。将硅油分流到本文描述的热交换器中允许除电能之外产生热能。图12说明本实施例的装置的计算的太阳能-热效率，为管中质量流率的函数，考虑或不考虑流动流体的机械能损失。
在实施本发明的各种目的中，描述了本发明的各种实施方式。应当理解的是这些实施方式仅用于说明本发明的原理。本领域技术人员容易清楚对其进行的多种修改和改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (27)

1.一种装置，包括：
包含至少一个辐射传送表面的导管芯；
设置在所述导管芯中的流体，其中所述流体可操作以改变由所述装置接收的电磁辐射的至少一部分的路径；以及
至少部分地围绕所述导管芯的光活性组件，所述光活性组件包括辐射传送型第一电极、与所述第一电极电连接的至少一个感光层，以及与所述感光层电连接的第二非辐射传送型电极，其中所述流体具有折射率，所述折射率集中电磁辐射部分以增加传送入所述光活性组件中的单位面积的辐射强度。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个感光层包括感光性有机组合物。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个感光层包括感光性无机组合物。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述光活性组件围绕所述导管芯的外部可达百分之50。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个感光层围绕所述导管芯的外部多于百分之50。
6.根据权利要求1所述的装置，进一步包括设置在所述流体中的至少一种斯托克斯位移物质。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述斯托克斯位移物质可操作以吸收电磁光谱的近紫外区的辐射。
8.根据权利要求6所述的装置，其中所述斯托克斯位移物质具有与所述光活性组件的感光层的吸收曲线至少部分重叠的发射曲线。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述流体可操作以吸收具有落在所述电磁光谱的红外、可见以及紫外区的至少一个中的一种或多种波长的辐射。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述流体包括热流体。
11.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置与热交换装置结合。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述装置具有至少百分之15的太阳能-热效率。
13.一种光电装置，包括：
至少一个光电电池，所述光电电池包括包含至少一个辐射传送表面的导管芯、设置在所述导管芯中的流体，其中至少一种斯托克斯位移物质设置在所述流体中，以及至少部分围绕所述导管芯的光活性组件，所述光活性组件包括辐射传送型第一电极、与所述第一电极电连接的至少一个感光层，以及与所述感光层电连接的第二非辐射传送型电极，其中所述流体具有折射率，所述折射率集中电磁辐射部分以增加传送入所述光活性组件中的单位面积的辐射强度。
14.根据权利要求13所述的光电装置，包括多个所述光电电池。
15.根据权利要求14所述的光电装置，其中所述多个光电电池与热交换装置结合。
16.根据权利要求15所述的光电装置，其中所述装置具有至少百分之15的太阳能-热效率。
17.根据权利要求13所述的光电装置，其中所述流体与热电装置热接触。
18.一种方法，包括：
在光电装置的一侧或周围区域接收辐射，所述光电装置包括包含至少一个辐射传送表面的导管芯、设置在所述导管芯中的流体，以及至少部分围绕所述导管芯的光活性组件，所述光活性组件包括辐射传送型第一电极、电连接至所述第一电极的至少一个感光层，以及电连接至所述感光层的第二非辐射传送型电极；
用所述流体改变接收的所述辐射的至少一部分的路径；
将路径改变的所述辐射的至少一部分传送到所述感光层中以在所述感光层中产生激子，其中所述流体具有折射率，所述折射率集中电磁辐射部分以增加传送入所述光活性组件中的单位面积的辐射强度。
19.根据权利要求18所述的方法，其中用所述流体改变接收的所述辐射的至少一部分的路径包括将接收的电磁辐射的所述部分引导至至少部分围绕所述导管芯的所述光活性组件。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述流体用于增加提供给所述光活性组件的电磁辐射的量。
21.根据权利要求18所述的方法，进一步包括分离所述激子的空穴和电子。
22.根据权利要求21所述的方法，进一步包括将所述电子移入外部电路。
23.根据权利要求18所述的方法，进一步包括用所述流体吸收接收的所述辐射的至少一部分以在所述流体中产生热能。
24.根据权利要求23所述的方法，进一步包括使所述流体流过热交换装置。
25.根据权利要求24所述的方法，进一步包括使所述流体返回至所述光电装置的所述导管芯，用于产生另外的热能。
26.一种制造光电装置的方法，包括：
提供包括至少一个辐射传送表面的导管芯；
将流体设置在所述导管芯中，其中所述流体可操作以改变由所述装置接收的电磁辐射的至少一部分的路径；以及
用光活性组件至少部分围绕所述导管，所述光活性组件包括辐射传送型第一电极、电连接至所述第一电极的至少一个感光层，以及电连接至所述感光层的第二非辐射传送型电极，其中所述流体具有折射率，所述折射率集中电磁辐射部分以增加传送入所述光活性组件中的单位面积的辐射强度。
27.根据权利要求26所述的方法，其中在所述导管芯上制造所述光活性组件。
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