CN103299434A

CN103299434A - 光伏设备以及制造光伏设备的方法

Info

Publication number: CN103299434A
Application number: CN2010800702146A
Authority: CN
Inventors: 孙诚; N.马修斯; S.姆海萨尔卡; A.曾; C.特吕特勒
Original assignee: Nanyang Technological University; Robert Bosch SEA Pte Ltd
Current assignee: Nanyang Technological University; Robert Bosch SEA Pte Ltd
Priority date: 2010-11-18
Filing date: 2010-11-18
Publication date: 2013-09-11
Also published as: WO2012066386A1; SG190317A1; EP2641273A1

Abstract

一种光伏设备（1；14；17），包括：由一个主表面（3）以及一种在光波长上透明的材料组成的基底（2），布置在所述主表面（3）上的第一金属电极（6），与第一电极（6）分开的第二金属电极（11），包含了纵向外表面以及端面的多条第一半导体纳米线（7）以及至少一种光伏有源材料（10；23）。所述多条纳米线是以与基底的主表面大致平行的方式延伸的，并且包含了半导体材料。所述多条第一半导体纳米线（7）以及光伏有源材料（10；23）被布置在第一金属电极（6）与第二金属电极（11）之间。所述多条第一纳米线（7）的对端的纵向外表面（9）则被嵌入在第一金属电极（6）中。

Description

光伏设备以及制造光伏设备的方法

技术领域

本申请涉及的是诸如太阳能电池等等的光伏设备以及制造光伏设备的方法。

背景技术

纳米线具有促成新一代电子设备的潜力。US7,339,184B2公开了用于收获、整合及使用纳米材料、尤其是细长纳米线材料的方法。纳米线可以是通过某个表面上的连续生长而被栽培的，由此将会形成方位与该平面大致垂直的纳米线。然后，通过有选择地时刻置于纳米线生长基底上的牺牲层，可以移除纳米线，由此可以从该表面上收获纳米线。所收获的纳米线则可以整合到晶体管之类的电子设备以及太阳能电池之类的光伏设备中。

US7,339,184B2还公开了一种方法，其中圆筒的外表面被放置成与纳米线的液体悬浮相接触，以使纳米线可以粘附于圆筒外表面，以及随后可以通过将涂有纳米线的圆筒滚动到设备表面上来将纳米线沉积在设备上。这些纳米线则是采用与设备表面平行的方式横向排列的。

然而，如果具有有助于大规模生产、产生一致的纳米线性能特性以及提供改进的设备性能的其他纳米线收获及整合设备装置及方法，那么将会是非常理想的。

发明内容

在这里提供了一种光伏设备，其包括由一个主表面以及一种在光波长上透明的材料组成的基底。该光伏设备还包括布置在所述主表面上的第一金属电极，以及与第一电极分开的第二金属电极。在这里提供了包含纵向外表面以及端面的多条第一半导体纳米线。所述多条纳米线是以与基底的主表面大致平行的方式延伸的。该光伏设备还包括至少一个光伏有源材料。所述多条第一半导体纳米线以及光伏有源材料被布置在第一金属电极与第二金属电极之间。多条第一纳米线的另一端的纵向外表面则是嵌入在第一金属电极中的。

纳米线的形状通常是细长的，并且是由从两个相对的端面开始并在其间以正交的方式延伸的纵向外表面定义的。处于纳米线对端区域的纵向外表面是嵌入在第一金属电极内部的。这种布置与只有一个端面与金属电极相接触的布置形成的对比，其中所述布置是在所述纳米线在金属电极的表面上以垂直向上的方式生长的情况下出现的。

由于多条第一纳米线的对端的纵向外表面是嵌入在光伏设备的第一金属电极中的，因此可以沿着第一纳米线来将光伏有源材料中产生的电荷直接引导到第一金属电极中。作为以中国用于在光伏设备内部传导电荷的机制，这样做避免了纳米线之间的电荷跳跃，并且提高了向第一金属电极传递电荷的效率。

纳米线包含了诸如ZnO、SnO₂或掺锑SnO₂之类的半导体材料。第一金属电极和第二金属电极可以包含相同或不同的金属或合金。适当的金属则是铝、银和金。

光伏电池的第一金属电极和第二金属电极可以具有彼此不同的布置。

在第一组实施例中，第二金属电极与第一金属电极是垂直分离的。从这个意义上讲，垂直被用于定义一个与基底的主表面正交的方向。第一金属电极以及第二金属电极的这种布置能够允许在所述基底的第一主表面上以一种分层的方式来构建光伏设备。

第一金属电极和第二金属电极中的一个或多个可以包括一个环形部分。环形电极能够增大电极的横截面积，由此减小接触电阻并提升光伏设备的效率。

环形电极限定的光伏设备的区域保持不被金属所覆盖，并且对于碰撞光子而言是透明的。光伏有源材料以及用于传导所产生的电荷的纳米线被布置在这个区域中。如果第一金属电极以及第二金属电极全都是环形的，那么可以从两个对端照亮光伏设备。

在一个实施例中，处于纳米线对端的纵向外表面的一部分是嵌入在第一金属电极的环形部分的相对的部分中的。这样做则为所产生的电荷提供了一条沿纳米线通向第一金属电极的短传导路径，由此减小了电阻和能量损耗。

所述光伏设备还可以包括在光伏有源材料以及至少第二电极之间延伸的电解质。所述多条第一纳米线可以包括一种由第一传导类型组成的材料，并且所述电解质可以包括由与第一传导类型相对的第二传导类型构成的材料。举个例子，多条第一纳米线可以传导电子，并且电解质可以实施空穴导电，反之亦然。所述电解质可以用于提升光伏设备内部的第二导电型电荷的收集及传输效率。该电解质可以是固态的，并且还可以具有采用了纳米颗粒、纳米线或碳纳米结构形式的材料。

在第二组实施例中，第二金属电极与第一金属电极是横向隔开的。从这个意义上讲，横向被用于表示一个与第一主表面大致平行的平面。第一金属电极和第二金属电极全都可以与基底的第一主表面直接接触。与第二金属电极在第一金属电极的上方与之垂直隔开的实施例相比，这种布置可以用于减小光伏设备的高度。

在第二组实施例的一个特定实施例中，光伏设备还包括多条第二纳米线。所述多条第二纳米线是以与基底的主表面大致平行并且与多条第一纳米线成角度θ的方式布置的，其中0°＜θ≤90°。所述多条第二纳米线与多条第一纳米线大致正交，即θ≈90°。

在一个实施例中，第一金属电极包括至少两个彼此横向隔开的子电极，并且第二金属电极包括彼此横向隔开的子电极。所述多条第一纳米线在第一子电极与第二子电极之间延伸，由此提供了第一金属电极，而所述多条第二纳米线则在第三子电极与第四子电极之间延伸，并且由此提供了第二金属电极。

子电极的这种布置允许沿着多条第一纳米线来将电荷传导到布置在多条第一纳米线对端的第一金属电极的一部分，并且同样允许沿着多条第二纳米线来将电荷传导到布置在多条第二纳米线对端的第二金属电极的一部分。由此，可供光伏有源材料创建以及供纳米线收集电荷的区域可以增大，同时仍旧能够沿着纳米线的长度方向来将电荷传导至子电极，从而避免了作为传导机制的纳米线之间的电荷跳跃机制。

光伏有源材料可以是以不同的形式提供的。如果在所述多条第一纳米线和所述多条第二纳米线上存在涂层，那么所述光伏有源材料可以作为该涂层来提供。光伏有源材料可以具有布置在多条第一纳米线与多条第二纳米线之间的层的形式。其中举例来说，所述层可以沉积层，或者也可以采用箔的形式自撑。所述光伏有源材料可以是染料或低带隙半导体。

在这里提供了一种用于制造光伏设备的方法，其中包括提供一个具有主表面的基底。所述基底包含一种在光波长上透明的材料。此外还提供了多条纳米线。每一条纳米线都包括纵向外表面及端面。所述多条纳米线被布置在基底的主表面上，以使所述纳米线以与基底主表面大致平行的方式延伸，以及将光伏有源材料沉积在纳米线上。第一金属电极和第二金属电极被沉积在多条纳米线的某些部分上，以便将所述多条纳米线的对端的纵向外表面的一部分嵌入第一金属电极。

该方法能够将预制的纳米线应用于基底的主表面，并且随后能够将金属电极沉积在纳米线上，由此将纳米线的对端部分嵌入第一金属电极，以及在纳米线与第一金属电极之间提供电连接。该方法能够将纳米线的制造与金属电极的制造分开，并且能够单独优化每一个制造步骤。由于可以使用更低成本的制造方法，因此，这样做可以降低制造成本。举例来说，纳米线可以是用低成本的电纺丝技术而不是较昂贵的汽-固生产技术预先制造的。此外，由于第一金属电极不像在用于原位生长的纳米线的情形中那样具有充当纳米线生长表面的双重用途，因此，通过对第一金属电极的材料进行选择，可以对其性能进行优化。这样做能够将较低成本的金属用于金属电极，例如铝。作为示例，纳米线可以是用汽-液-固技术或电纺丝处理制造的。

如果希望光伏设备具有其他电解质来改善在光伏有源材料中产生的电荷的传导，那么可以在多条第一纳米线上沉积电解质。所述电解质可以通过在将纳米线应用于基底的第一主表面之前通过用适当的材料涂覆纳米线来沉积，例如通过浸涂或喷涂来沉积。此外，电解质还可以是在纳米线被应用于基底之后沉积在所述纳米线上的。该电解质可以通过汽相沉积技术、喷溅涂覆技术(sputtering technique)、刮片处理(doctor blade process)、喷射处理(spray process)、旋涂技术、丝网印刷技术或是喷墨印刷技术来沉积。

如果提供了电解质，那么可以将第二金属电极沉积在电解质上，此外，第一金属电极也可以被沉积，以便将多条第一纳米线的对端嵌入第一金属电极。

该方法还可以包括将多条第二纳米线沉积在多条第一纳米线上，以便将多条第二纳米线布置成与基底的主表面大致平行并且与多条第一纳米线成角度θ，其中0°＜θ≤90°。所述多条第二纳米线可以是预制的，并且可以包括相同或不同的材料。例如，多条第一纳米线可以包括传导诸如电子之类的第一电荷类型的材料，而所述多条第二纳米线则可以包括传导诸如空穴之类的与第一电荷类型相对的第二电荷类型的材料。

如果沉积了多条这两种纳米线，那么可以将光伏有源材料沉积在所述多条第一纳米线上，以及将多条第二纳米线沉积在光伏有源材料上，从而创建一种将光伏有源材料夹在多条第一纳米线与多条第二纳米线之间的分层结构。这种布置允许将光伏有源材料中产生的电荷经过很短的距离传送到多条第一纳米线以及多条第二纳米线，其中所述电荷分别是沿着纳米线直接传导至第一金属电极以及第二金属电极的。

如果第一金属电极和第二金属电极中包含子电极，那么可以借助结构化掩膜有选择地沉积金属或合金来定位第一金属电极和第二金属电极。在一个实施例中，第一子电极被沉积在多条第一纳米线的第一末端，第二子电极被沉积在多条第一纳米线的对端，第三子电极被沉积在多条第二纳米线的第一末端，并且第四子电极被沉积在多条第二纳米线的对端。

第一电极和第二电极中的一个或多个可以借助汽相沉积技术、喷溅涂覆技术、刮片处理、喷射处理、液相（solution-based）印刷技术来沉积。

除了以上公开的材料之外，在光伏设备中还可以使用下列材料。

光伏有源材料还可以被描述成是转换材料或吸收体。所述光伏有源材料可以使用不同分类的材料，例如无机薄膜、有机薄膜、染料分子以及量子点。

无机薄膜可以包括CdS、PbS、ZnS、SnS₂、Ag₂S、FeS₂、SnS、SnS₂、Cu₂S、CuS、Sb₂S₃、CZTS、Sb₂Se₃、CIS、CIGS、CdSe、PbSe、ZnSe、SnSe、Ag₂Se、Sb₂Te₃、CdTe、CdZnTe、PbTe、ZnTe、Ag₂Te或 In₂Te₃。

有机薄膜可以包括聚（3-己基噻吩）（P3HT）以及其他噻吩，聚[[9-(1-辛基壬基)-9H-咔唑-2,7-二基]-2,5-噻吩二基-2,1,3-苯并噻二唑-4,7-二基-2,5-噻吩二基]（PCDTBT）及其他咔唑，并五苯及其他并苯，PCBM及其他C60衍生物，vinazenes，聚[2,1,3-苯并噻二唑-4,7-二基[4,4-双(2-乙基己基)-4H-环戊并[2,1-B:3,4-B']二噻吩-2,6-二基]]（PCPDTBT）。

染料分子可以包括金属中心染料，其中包括但不局限于顺式-双(异硫氰基)(2,2′-联吡啶基-4,4′-二羧基)(4,4′-二-壬基-2′-联吡啶基)钌(II)、二-四丁铵-双(异硫氰基)双(2,2'-联吡啶-4,4'-二羧基)钌（II），此外也可以包括无金属染料，例如二氢吲哚染料、苝系衍生物、香豆素染料、卟啉染料以及青色素或部花青素染料。

量子点可以包括CdS、PbS、ZnS、SnS₂、Ag₂S、FeS₂、SnS、SnS₂、Cu₂S、CuS、Sb₂S₃、CZTS、Sb₂Se₃、CIS、CIGS、CdSe、PbSe、ZnSe、SnSe、Ag₂Se、Sb₂Te₃、CdTe、CdZnTe、PbTe、ZnTe、Ag₂Te、In₂Te₃。

如果提供的是空穴导体形式的电解质，那么它可以包括溶解在包括氰化甲烷、戊腈、甲氧基丙基腈在内的恰当溶剂之中的碘化盐以及液态有机碘化盐碘化1-丙基-3-甲基咪唑盐，螺旋-OMTAD、P3HT、PEDOT：PSS以及其他导电聚合物，通过将锂、氯化物、磷酸盐以及碘离子溶解在PVA、PEO、PVDF和其他聚合物基体或是包含单组分有机材料的电解质中形成的固态电解质，其中所述单组分有机材料包括但不局限于聚苯乙烯磺酸（PSSH）、乙烯基膦酸与丙烯酸的无规聚合物P（VPAAA）或是具有恰当抗衡离子的其他群聚阴离子或阳离子，所述抗衡离子包括但不局限于I、CI、OH、Li。

附图说明

现在将参考附图来描述实施例。

图1示出的是根据第一实施例的光伏设备的截面图，

图2示出的是根据第一实施例的光伏设备的另一个截面图，

图3示出的是根据第一实施例的光伏设备的俯视图，

图4示出的是根据第二实施例的光伏设备，

图5示出的是根据第三实施例的光伏电池的俯视图，

图6示出的是根据第三实施例的光伏电池的截面图，

图7示出的是从刷有染料的SnO₂纳米线获取的IV-特性的图表，

图8示出的是从刷有染料的TiO₂纳米线获取的IV-特性的图表，以及

图9示出的是从图8推断出的设备性能的表格。

具体实施方式

图1示出的是根据第一实施例的光伏设备1的示意性截面图。该光伏设备1包含了一个基底2，所述基底2包括一个主表面3，其上放置了光伏设备1的有源组件。所述基底2包含一种在光波长上透明的材料，例如玻璃。该基底2包括与第一主表面3相对的第二主表面4。所述第二主表面4可以提供光伏设备1的表面，并且光线可以在该表面上以箭头5示意性示出的方式入射。

光伏设备1包括位于基底2的第一主表面3上的第一金属电极6。在这个实施例中，如图3的俯视图所示，第一金属电极6具有环形形状，并且该形状也可以被看作是矩形框架。光伏设备1包括以与基底2的第一主表面3大致平行的方式布置的多条纳米线7，而在图1的截面图中则仅仅示出了其中一条纳米线。

每一条纳米线7都具有包含了端面8以及在端面8之间正交延伸的纵向外表面9的大致细长的形态。所述纳米线可以具有任何形状（例如六边形、方形等等）的截面，并且核心可以是中空的。每一条纳米线7都可以包括氧化物或氮化物之类的半导体材料，例如ZnO、SnO₂或掺锑SnO₂以及纳米管。

所述多条纳米线7在环形的第一金属电极6的相对部分之间延伸，以便将所述多条纳米线7的对端的纵向外表面9嵌入环形的第一金属电极6中的彼此相对的部分。

所述多条纳米线7中的每一条都涂有一层光伏有源材料10。这里使用的光伏有源材料是一种在能量大于能带间隙的光线入射所述光伏有源材料时产生作为电子穴对的带电对并且由此将光能转换成电能的材料。在这个实施例中，光伏有源材料10是一种染料，例如基于钌的染料，或者也可以是低带隙半导体。

光伏设备1还包括被布置成与第一金属电极6垂直隔开的第二金属电极11。第一金属电极6可以包含铝，并且所述第二金属电极11可以包含金。

光伏设备1还包括在第二金属电极11与多条第一纳米线7之间延伸的电解质12。在本实施例中，所述多条纳米线7包括半导体材料，例如能够传导电子的二氧化锡或掺锑二氧化锡。电解质12包括一种传导空穴的材料，例如聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)、聚苯胺、聚(3-己基噻吩)或是离子掺杂PVDF（聚偏二氟乙烯）。

当光线入射光伏设备1以及光伏有源材料10时，在光伏有源材料10中将会形成电子空穴对。在多条纳米线7的光伏有源涂层10中形成的电子能被沿着纳米线7的长度方向传导到第一金属电极6，这样则可以避免纳米线之间的电荷跳跃，并且由此可以提升传导效率。

在光伏有源涂层10中产生的空穴可以通过电解质12传导至第二金属电极11，以便在第一金属电极6与第二金属电极11之间产生电压，以及将光能转换成电能。

图2示出的是图1所示的光伏设备1的第二截面图。在图2的截面图中示出了多条纳米线7。在本实施例中只示出了单层纳米线。然而，所述多条纳米线可以布置在若干个层中，并且没有必要以彼此完全平行的方式布置，与此相反，这些纳米线可以是以彼此成上至90°的角度的方式布置的。

图3示出的是图1和2所示的光伏设备1的俯视图。在图3中可以看出第一金属电极6以及第二金属电极11的矩形环状形态。多条纳米线7是在第一金属电极6的矩形环状形态的两个对端之间延伸的。所述第一金属电极6还包括一个从第一金属电极6的一端开始沿着基底2的主表面3延伸的突起部分13。这个延伸部分13可以作为第一金属电极6的接触区域来使用。第二金属电极11则被垂直布置在多条纳米线7的上方。作为示例，第一金属电极6可以借助焊线而被电接触。在其他未示出的实施例中，第二金属电极11也可以具有与用于电接触的部分13相类似的突起。

图4示出的是根据第二实施例的光伏设备14。其中相似的部分是用与第一实施例中相同的编号指示的。

第二实施例的光伏设备14同样包括位于光学透明的基底2上的环形第一电极6以及在第一金属电极6的相对部分之间延伸的多条第一纳米线7。同样，所述多条纳米线7涂有采用了基于钌的染料或是低带隙半导体的形式的光伏有源材料10。所述多条纳米线7被嵌入到电解质材料12中，并且所述电解质材料与多条纳米线7的材料具有相反的传导性。作为替换，所述多条纳米线7本身可以吸收光，并且可以发挥光伏有源材料10的作用。

在第二实施例中，光伏设备10还包括包含了多条第二纳米线16的光散射层15。在光散射层15上放置了环形的第二金属电极11，其中所述光散射层可以包含纳米颗粒，以便隔开第二金属电极11与第一金属电极6。

光散射层15用于防止第一金属电极6与第二金属电极11之间的短接，并且还可以通过提供光散射来将光线反射给涂在多条纳米线7上的光伏有源材料。这样做有助于提升将光能转换成电能的效率。

图5示出的是根据第三实施例的光伏电池17的俯视图。图6示出的是沿着线条A-A的图5中的光伏电池17的截面图。与第一和第二实施例中一样，所述光伏设备17包括光学透明的基底2。除了多条第一纳米线7之外，该光伏设备17还包括多条第二纳米线18，并且这些纳米线同样是以与基底2的主表面3大致平行但是与多条第一纳米线7大致垂直的方式延伸的。所述多条第二纳米线18则垂直位于上方，并且可以与多条第一纳米线7混杂（如在纺织物或衣物中那样）。

与先前的实施例相反，第一金属电极6以及第二金属电极11彼此是横向隔开的，并且这二者全都位于基底2的主表面上，而不像图6的截面图中那样彼此垂直隔开。

第一金属电极6和第二金属电极11中的每一个都包括两个彼此隔开的子电极，由此，每一个子电极都会嵌入相应的多条纳米线的对端。所述光伏设备17包括四个子电极，其中每一个子电极都是彼此隔开的。

第一子电极19和第二子电极20提供了第一金属电极6，并且被布置成嵌入到多条第一纳米线7的对端。第三子电极21和第四子电极22则提供了第二金属电极11，并且被布置成嵌入多条第二纳米线18的对端。由此，第一子电极19和第二子电极20共同形成了阳极，并且第三子电极21和第四子电极22共同形成了光伏设备17的阴极。

光伏有源材料是以位于多条第一纳米线7与多条第二纳米线18之间的层23的形式提供的。

通过对多条第一纳米线7以及多条第二纳米线18的材料进行选择，可以使得所述多条第一纳米线7具与所述多条第二纳米线18具有互补的类型。举例来说，所述多条第一纳米线7可以传导电子，并且所述多条第二纳米线18可以传导空穴，反之亦然。

当光线入射基底2的下表面4时，或者在电极不连续的情况下，当光线来自光伏设备17的反面的时候，所述光线将会传递至光伏设备17，由此在光伏有源层23中产生电子-空穴对。所述电子将会借助多条第一纳米线7而被传导至形成阳极的第一子电极19以及第二子电极20，所产生的空穴则会通过多条第二纳米线18而被传导至形成光伏设备17的阴极的第三子电极21以及第四子电极22。

光伏有源层23不仅会在被照射的时候产生电子空穴对，而且还可以用于防止电子与空穴在多条第一纳米线7与多条第二纳米线18相交的交叉点重新组合。在避免使用透明导电氧化物的同时，所述多条纳米线的这种布置还允许从两边消除光伏有源层23。

在其他实施例中，光伏有源层23可以用多条第一纳米线7以及多条第二纳米线18的光伏有源涂层取代。

在其他实施例中，通过让所述多条第一纳米线7以及所述多条第二纳米线18具有光伏有源性，可以避免使用涂层形式的附加光伏层23以及光伏有源材料。

在先前描述的所有实施例中都使用了纳米线来收集光伏设备的光伏有源材料中产生的电荷，以及将其直接引导到相应的金属电极或子电极。这样做可以避免使用单独的纳米大小的颗粒之间的电荷跳跃作为电荷传输机制，并且提升了设备的效率。

通过对纳米线进行配置，可以优化设备的效率。例如，纳米线的密度是可以优化的。如果使用低密度的纳米线，那么将会导致产生较大的电荷收集长度以及较低的收集效率。然而，由于纳米线本身在光波长上并不是透明的，因此，如果将纳米线网络密度提升至某个阈值等级以上，那么将会减小光的透射。由此需要一个最优的纳米线密度。纳米线的密度还取决于长度，尤其是直径，此外它还取决于纳米线的电阻。通过使用电阻很低的高质量长纳米线，可以在获得足够电荷收集的同时减小纳米线的密度。

在上述实施例中将光伏有源材料描述成是染料，尤其是基于钌的染料。然而，该染料也可以用低带隙聚合物之类的复合物或是其他无机半导体来取代。

光伏设备可以是用预制纳米线制造的，然后，所述纳米线被布置在了设备基底的主表面上，以使其与设备基底的主表面以大致平行的方式相校准。按后，光伏有源材料可以被沉积在纳米线上，或者可以在将纳米线应用于设备基底之前预先将光伏有源材料涂在所述纳米线上。之后，金属电极和电解质可以被沉积在纳米线上，以便构建设备结构。这种方法能够允许使用多种制造技术来制造光伏设备，并且允许将不同的制造技术结合在一起。例如，电解质可以是用旋涂处理沉积的，而金属电极则可以是通过蒸发沉积的。所述方法是非常灵活的，由此可以更好地优化设备结构以及优化制造方法，从而降低成本。

上文描述的光伏设备可以是用预制纳米线制造的。这些预制纳米线则可以是用以下方法制造的。

在一个实施例中，通过使用真空气相传输（vacuum vapour transport）方法，可以在包含了作为催化剂的2nm厚的黄金薄膜的硅（100）基底上合成二氧化锡的纳米线。由纯度为99%的二氧化锡（SnO₂）与活性石墨粉以2:1的摩尔比组成的混合物则被用作来源，并且载入到布置于加热炉中的石英管的中心。其温度将会快速提升至900℃，硅基底被放置在二氧化锡的下游，并且石墨粉原材料处于大约780℃的温度区域中。在6.10^-1托的压力下，通过使用流速为120标准立方厘米/分钟的氩载料气体来保持15分钟的峰值温度。然后，系统会在真空中被冷却至室温。二氧化锡的纳米线则会从硅基底上以大致垂直的方式生长。此外，在所述二氧化锡的纳米线还可以掺入5%的锑，以便提高纳米线的传导性。

在其他实施例中还可以通过电纺丝处理来制造二氧化锡的纳米线。无论采用怎样的制造方法，预制的纳米线都会被涂上充当光伏有源材料的基于钌的染料。

然后，通过使用接触方法来将预制的二氧化锡纳米线传送到设备基底，例如玻璃基底，以便在设备基底的主表面上形成横向校准的二氧化锡纳米线。所述纳米线与设备基底的主表面是平行而不是垂直的。通过使用掩膜来有选择地蒸发铝，可以形成厚度约为100nm的电极，由此可以形成第一和第二电极。所述掩膜的形状可被选定成提供与纳米线相对的预期电极布置。

图7示出的是为被光照射的刷有染料的SnO₂纳米线网络测得的电流-电压（IV）特性的图表。所述纳米线网络的总体厚度约为100nm。图7的插入物示出的是用于收集电荷的带状电极。

图8示出的是为被光照射的刷有染料的SnO₂纳米线网络测得的IV特性的图表。所述纳米线网络的整体厚度约为1μm（微米）。在图9的表1中概述了从图8中推断得到的设备性能。

图7和8所示的结果表明：在制造诸如太阳能电池等等的光伏有源设备的过程中可以成功地使用刷有染料的半导体并且尤其是氧化物纳米线。

Claims

1.一种光伏设备（1；14；17），包括：

由一个主表面（3）以及一种在光波长上透明的材料组成的基底（2），

布置在所述主表面（3）上的第一金属电极（6），

与第一电极（6）分开的第二金属电极（11），

包含纵向外表面以及端面的多条第一半导体纳米线（7），所述多条纳米线是以与基底的主表面大致平行的方式延伸的并包含半导体材料，和

至少一个光伏有源材料（10；23），所述多条第一半导体纳米线（7）以及光伏有源材料（10；23）被布置在第一金属电极（6）与第二金属电极（11）之间，所述多条第一纳米线（7）的对端的纵向外表面（9）嵌入在第一金属电极（6）中。

2.根据权利要求1所述的光伏设备（1；14），其中第二金属电极（11）与第一金属电极（6）是垂直分离的。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的光伏设备（1；14），其中第一金属电极（6）和第二金属电极（11）中的一个或多个包括一个环形部分。

4.根据权利要求2所述的光伏设备（1；14），其中处于多条第一纳米线（7）的对端的纵向外表面（9）的一部分嵌入在第一金属电极（6）的环形部分的相对部分中。

5.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的光伏设备（1；14），还包括：在光伏有源材料（10）以及至少第二电极（11）之间延伸的电解质（12），其中所述多条第一纳米线（7）包括由第一传导类型组成的材料，并且所述电解质（12）包括由与第一传导类型相对的第二传导类型构成的材料。

6.根据权利要求1所述的光伏设备（17），其中第二金属电极（11）与第一金属电极（6）是横向隔开的。

7.根据权利要求6所述的光伏设备（17），还包括：多条第二纳米线（18），所述多条第二纳米线（18）是以与基底（2）的主表面（3）大致平行且与多条第一纳米线（7）成角度θ的方式布置的，其中0°＜θ≤90°。

8.根据权利要求7所述的光伏设备（17），其中第一金属电极（6）包括至少两个彼此横向隔开的子电极（19，20），并且第二金属电极（11）包括彼此横向隔开的子电极（21，22），其中所述多条第一纳米线（7）在第一子电极（19）与第二子电极（20）之间延伸，由此提供第一金属电极（6），以及所述多条第二纳米线（19）在第三子电极（21）与第四子电极（22）之间延伸，由此提供第二金属电极（11）。

9.根据权利要求7或权利要求8所述的光伏设备（17），其中所述多条第一纳米线（7）包括由第一传导类型组成的材料，并且所述多条第二纳米线（18）包括由与第一传导类型相对的第二传导类型组成的材料。

10.根据权利要求1-9中任一权利要求所述的光伏设备（1；14；17），其中如果在多条第一纳米线（7）和多条第二纳米线（18）上存在涂层，则将所述光伏有源材料（10）作为所述涂层来提供。

11.根据权利要求6-9中任一权利要求所述的光伏设备（17），其中光伏有源材料（23）具有层的形式，并且布置在多条第一纳米线（7）与多条第二纳米线（18）之间。

12.一种用于制造光伏设备（1；14；17）的方法，包括：

提供一个具有主表面（3）的基底（2），所述主表面包含了在光波长上透明的材料，

提供包含了纵向外表面及端面的多条纳米线（7），

将所述多条纳米线（7）布置在基底（2）的主表面（3）上，以使所述多条纳米线（7）以与基底（2）的主表面（3）大致平行的方式延伸，

将光伏有源材料（10）沉积在多条纳米线（7）上，以及

将第一金属电极（6）和第二金属电极（11）沉积在多条纳米线（7）的一些部分上，以便将所述多条纳米线（7）的对端的纵向外表面（9）的一部分嵌入第一金属电极（6）。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述多条纳米线（7）是用汽-液-固技术或电纺丝处理制造的。

14.根据权利要求12或权利要求13所述的方法，还包括：将电解质（12）沉积在多条第一纳米线（7）上。

15.根据权利要求14的方法，其中第二金属电极（11）被沉积在电解质（10）上，并且第一金属电极（6）也被沉积，以便将多条第一纳米线（7）的对端嵌入第一金属电极（6）。

16.根据权利要求12-14中的任一权利要求所述的方法，还包括：将多条第二纳米线（18）沉积在多条第一纳米线（7）上，以便将多条第二纳米线（18）布置成与基底（2）的主表面（3）大致平行，以及与多条第一纳米线（7）成角度θ，其中0°＜θ≤90°。

17.根据权利要求16所述的方法，其中光伏有源材料（23）被沉积在多条第一纳米线（7）上，以及多条第二纳米线（18）被沉积在光伏有源材料（23）上。

18.根据权利要求17或权利要求18所述的方法，其中第一子电极（19）被沉积在多条第一纳米线（7）的第一末端，第二子电极（20）被沉积在多条第一纳米线（7）的对端，第三子电极（21）被沉积在多条第二纳米线（18）的第一末端，以及第四子电极（22）被沉积在多条第二纳米线（18）的对端。

19.根据权利要求12-18中的任一权利要求所述的方法，其中第一金属电极（6）和第二电极（11）中的一个或多个是借助汽相沉积技术、喷溅涂覆技术、刮片处理、喷射处理或液相印刷技术沉积的。

20.根据权利要求12-19中的任一权利要求所述的方法，其中电解质（12）是借助通过汽相沉积技术、喷溅涂覆技术、刮片处理、喷射处理、旋涂技术、丝网印刷技术或喷墨印刷技术沉积的。