CN104025317A - 以全大气压印刷工艺形成渐变折射率透镜以形成光伏面板 - Google Patents

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Abstract

一种PV面板使用并联连接的小硅球体二极管(直径为10微米到300微米)的阵列。所述球体嵌入未固化含铝层中，且所述含铝层经加热以使所述含铝层退火以及对所述球体的底部表面进行p掺杂。含磷层沉积于所述球体上方以将顶部表面掺杂为n型，从而形成pn结。接着移除所述磷层。导体经沉积以接触所述顶部表面。或者，沉积具有p型核心及n型外壳体的所述球体。在沉积之后，蚀刻所述顶部表面以暴露所述核心。第一导体层接触所述底部表面，且第二导体层接触所述所暴露核心。液体透镜材料沉积于所述球体的圆形顶部表面上方且经固化以提供经设计以增加PV面板效率的保形透镜。

Description

以全大气压印刷工艺形成渐变折射率透镜以形成光伏面板
相关申请案的交叉参考
此申请案部分地基于2011年12月19日提出申请的标题为“具有渐变折射率透镜的光伏面板(Photovoltaic Panel With Graded-Index Lens)”的第61/577,607号美国临时申请案，所述美国临时申请案受让于本发明受让人且以引用的方式并入本文中。
此申请案还部分地基于2011年12月19日提出申请的标题为“具有直接沉积于硅太阳能电池层上的量子点的光伏面板(Photovoltaic Panel With Quantum Dots DepositedDirectly On Silicon Solar Cell Layer)”的第61/577,612号美国临时申请案，所述美国临时申请案受让于本发明受让人且以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及形成光伏(PV)面板(也称为太阳能面板或太阳能电池)，且明确地说，涉及用于使用全大气压印刷工艺来形成基于硅的PV面板的技术。
背景技术
晶体及多晶硅光伏面板传统上使用半自动工艺来制作，所述半自动工艺需要昂贵制造装备、为相对劳动密集型的且需要真空处理工具，例如真空蒸发器及等离子体增强化学气相(PECVD)沉积室。本文中所描述的发明描述不需要真空工具的连续辊到辊晶体PV制造方法。已使用等离子沉积的非晶硅及槽模涂覆的铜铟镓硒演示了PV面板的辊到辊(R2R)制造，但这些过程并非是真正连续的，例如，使用R2R装备，但网得经卷取并被输送到多个处理站。此外，来自这些薄膜面板的所产生电力的每瓦特制造成本一直是资金上无法支撑的。
在本发明中，PV面板由直径为10微米到150微米的高效率晶体硅微球体制成，此极大地减小每面板面积的硅消耗。由于光入射表面积与体积比比平面硅大2到3个数量级，因此PV面板非常高效地使用硅。小球体大小还允许微球体在涂覆于网上的油墨系统中分散到紧密堆积的单层中。微球体及其它功能层的高吞吐量低成本涂覆及PN结的形成均全部以连续大气压辊到辊工艺实施。
标题为“制造发光、光伏或其它电子设备及系统的方法(Method of Manufacturing aLight Emitting，Photovoltaic or Other Electronic Apparatus and System)”的第US2010/0167441号美国专利申请公开案受让于本发明受让人且以引用的方式并入本文中。所述公开案描述用以使用半导体微型二极管阵列来形成发光二极管(LED)薄片及光伏(PV)面板的各种技术。明确地说，PV面板由微球体构成且直径可为大约20微米到40微米。制造硅球体的几种方法是已知的且包含在滴落塔中由经熔化硅形成球体、将凝聚于衬底上的硅粒子图案化且将其熔化以通过表面张力形成球体或使粉末滴落穿过等离子反应器。
目前为止，球形PV模块一直受限于用以快速地产生硅球体的几乎紧密堆积的单层的手段。多年来，微米或纳米范围球体的单层形成一直是跨越若干种不同学科的重要研究领域。来自高固体流体的微米球体的纯单层的快速直列形成是困难的且在工业环境中仍是艰巨任务。单层发生于极窄控制范围内，其中印刷条件的小变化导致稀疏层或层加倍。
李(Lee)等人的美国专利申请案2011/0117694A1描述用以在单层中而非在紧密堆积的阵列中制作硅微球体二极管的喷墨印刷工艺，且与本文中所描述的涂覆工艺相比，喷墨印刷是相对低吞吐量印刷工艺。此外，PV面板工艺使用真空工具(尤其等离子体增强化学气相沉积)来形成电极。需要硅微球体的高吞吐量(例如，10ft/min到20ft/min)R2R单层涂覆工艺。
在低温(＜640℃)下的球形PV二极管中的背面场(BSF)形成还需要增加面板效率及在R2R工艺期间维持网的结构完整性。BSF是硅太阳能电池中的富含铝的区域，其能够提供太阳能面板中的1％到3％的总电力转换效率增益。通常，单晶及多晶硅太阳能电池的后面接触通过将铝浆丝网印刷于硅晶片的背侧上且在800℃到900℃下对其进行烧制以形成欧姆接触及BSF而形成。第13/587,380号美国专利申请案描述基于铝的油墨。此油墨用于在移动网上在600℃的峰值温度下使用快速退火在硅微球体中形成BSF。
还已知掺杂硅球体以形成二极管的各种方法。通常，轻掺杂p型硅(1Ohm-cm到10Ohm-cm)是在外表面上用磷高度掺杂(1e-4Ohm-cm或小于1e-4Ohm-cm)的以形成pn+二极管。第7,214,577号美国专利描述在形成PV面板之前使用磷掺杂剂到1mm到2mm直径的硅球体中的标准扩散。此为需要用以含有有害气体的特殊处理室的批次工艺，且稍后必须蚀刻球形二极管以移除n+区域的一部分。本发明中所描述的方法在大气压下使用激光退火来在R2R工艺期间于原位形成PN结。此是第一次使用激光退火在球形硅上直列地形成PN结，且其移除对在稍后过程中蚀刻二极管的需要。
二极管的阳极及阴极欧姆连接到所印刷导体以在PV面板中形成并联连接的二极管阵列。面板可以串联及并联的组合连接以实现所要电特性。
此外，第US2010/0167441号美国专利申请公开案中所描述的面板是使用对于辊到辊印刷工艺不实用的各种工艺而形成。此增加面板成本且降低面板的制造吞吐量。举例来说，使用具有球体最终驻存于其中的预先形成的沟道的衬底。由于必须将不沉积于沟道中的浆导体及球体从衬底刮去，因此增加形成面板的难度及成本。
此外，第US2010/0167441号美国专利申请公开案的工艺通常将预先形成的透镜沉积于二极管阵列上方，其中透镜的形状未针对球体进行优化且其中透镜难以相对于球体而最优地定位。由于硅、透镜及空气之间的折射率的大变化，因此存在光的显著反射。第8,013,238号美国专利将透镜对准到具有垂直弹性体支座的毫米大小的球形二极管，此需要在方形阵列中将球体间隔开几毫米，从而显著降低光伏面板的作用面积。在本申请案中，申请人揭示在硅微球体二极管的紧密堆积的阵列上方的具有渐变折射率的经对准透镜以减小光从硅的反射并允许较高效PV面板。欧洲专利申请案EP1 586 121B1描述用于球形PV的抗反射涂层，但由于材料沉积方法为真空工艺，因此无法执行连续辊到辊工艺。
对第US2010/0167441号美国专利申请公开案的工艺的改进面板的性能及简化处理的其它改进也是合意的。
需要用以使用辊到辊印刷工艺以相对低成本制作具有抗反射渐变折射率透镜的高度高效PV面板的全大气压技术。
发明内容
在用以使用高效辊到辊制作技术来形成PV面板的全大气压工艺的一个实施例中，在辊上提供铝箔衬底。当金属衬底解绕穿过印刷机(本文中称为网)时，将导电粘合层(例如含铝油墨)涂覆于衬底上，紧接着为将硅球体浆料涂覆于未固化含铝油墨上。硅球体的直径可为10微米到300微米且经预先掺杂为n型或p型或者具有固有导电性类型。所述实例中采用轻掺杂p型微球体。将浆料稀疏地涂布(例如通过辊、刀片或气刀)以形成硅球体的紧密堆积的单层，且将球体嵌入含铝油墨中。接着，通过直列式炉或其它热源使含铝油墨固化(例如，使油墨的溶剂蒸发)及退火(使铝粒子烧结)。退火致使硅球体与具有铝油墨的合金的接触区形成形成背面场或高度经掺杂p+硅且与铝形成欧姆接触。此p+层减小球体的背面处的电子-空穴重新组合且因此使效率增加总共1到3个百分点。
衬底不使用用于将球体对准且含有含铝层的沟道，此极大地简化面板的形成且减少浪费。
将电介质喷涂于球体上方。所述电介质经设计以通过毛细管作用及表面张力用润湿方法(或芯吸方法)与微球体的顶部分离以在微球体之间形成1微米到15微米厚的涂层，且接着经固化。硅球体的顶部上剩余的大约150nm或小于150nm的残余电介质层对形成PN结无害。
将磷酸、磷掺杂的玻璃、磷掺杂的硅纳米粒子或含磷硅前驱物喷涂于球体上方并加热(例如通过激光器)以使n型掺杂剂扩散到球体的顶部表面中，从而形成二极管。接着从球体的顶部冲掉残余磷掺杂剂。
接着将透明导体(例如导电油墨)槽模涂覆于包含球体的所暴露n型层在内的面板的表面上方。如果作为液体而沉积导体材料，那么导体粘度可为充分低的以致其通过重力、表面张力及毛细管作用汇集在球体的下部部分周围且从球体上方回缩以形成导电网络。此汇集减小导体的电阻且避免关于导体覆盖二极管及减小光学传输的问题。
接着将薄金属总线条印刷于经汇集导体层及球体上方的选定区中，从而形成沿着PV面板的长度延续的许多低电阻平行条带。接着可形成与薄总线条接触的几个较宽且较厚的正交金属总线条以将太阳能电池的阴极电流载运到在每一PV面板的边缘处的电连接器。铝衬底将阳极电流载运到连接器。
接着将硅的量子点或其它类型的量子点涂覆于球体的顶部表面上方以符合球体的形状。所述量子点吸收UV光且发射可见波长的光。由于硅二极管将所添加可见光转换为电流，因此不浪费入射UV光且减小太阳能电池加热。
为减小反射且为形成环境势垒，将环境上稳健的透明粘结剂中的高折射率纳米粒子(例如，经掺杂玻璃珠或其它高折射率粒子，例如二氧化钛)的层或层序列沉积于硅球体上方，从而形成全方向渐变(或阶跃)折射率抗反射涂层。如本文中所使用的纳米粒子具有小于1微米的直径。所述粒子优选地具有小于100nm的平均直径。所述纳米粒子的大小小于可见光的波长以限制纳米粒子的散射。所述粒子具有大约1.7到2.4的折射率。所述透明粘结剂具有低于所述纳米粒子的折射率的折射率，而复合物形成比单独粘结剂大的有效折射率且通过改变高折射率纳米粒子的浓度而调谐。在不具有添加剂的情况下，将光学透明聚合物的折射率增加到高于1.7是难以实现的。所述层可含有不同折射率的一或多个纳米粒子类型的混合物且不同纳米粒子的浓度可在透镜的上部部分与下部部分之间变化。不同折射率纳米粒子可具有不同大小及/或质量以形成不同浓度，这是因为纳米粒子以不同速率在液体中进行沉降。单个透镜涂层对于在辊到辊工艺期间简化涂覆步骤的数目可是优选的。在另一实施例中，使具有不同块体折射率的多个层涂覆并固化于彼此的顶部上以使透镜的折射率较精确地渐变。
在一个实施例中，接下来将较低折射率(例如，n＝1.4)PVDF(聚偏二氟乙烯)层或含有匹配折射率(例如，n＝1.4)粒子(例如，透明经掺杂玻璃珠)的其它适合透明聚合物沉积于纳米粒子层上方。此较低折射率层可具有1.4或小于1.4(例如，1.3)的有效折射率。这些粒子可具有介于1微米到10微米之间的平均直径。这些粒子(优选地比粘结剂硬得多)合意地提供耐磨性。此类保护在PV面板中是非常重要的优点。
量子点层及透镜层符合二极管的圆形顶部表面，从而形成具有最小反射的最优光学结构。
接着切割辊以形成个别PV面板，每一面板含有几百万个并联连接的硅二极管，且所述PV面板的阵列接合到支撑结构以形成模块。所述PV面板可以串联及并联的任何组合电连接以实现所要电压及电流特性。
在另一实施例中，在涂覆于衬底上之前形成p-n硅二极管。最初提供p型掺杂或未掺杂硅球体。接着在批次滚桶工艺中(例如)通过使球体经受磷酸而在球体上形成外n+型层。接着将所述球体施加到铝衬底上的未固化含铝油墨层，且所述油墨经烧结以在所述n+型层的底部部分与所述含铝油墨之间形成电接触。
接着涂覆且固化电介质层，所述电介质层通过毛细管作用及表面张力用润湿方法与微球体的顶部分离以在所述微球体之间形成1微米到15微米厚的涂层。
接着蚀刻掉二极管的顶部表面，从而暴露内p型硅(假设球体最初是经掺杂的)。或如果球体最初不是p掺杂的，那么所述p型硅的进一步掺杂可为导电的(如果需要)，例如对于欧姆接触及形成前面场。接着印刷透明导体以接触所述p型硅。其余过程可为上文所描述的那些过程。
在又一实施例中，p-n硅二极管在沉积于衬底上(如上文所描述)之前形成有p型核心及n+型外层。接着将球体印刷于电介质层(例如粘合带)上。接着蚀刻所述球体的上部n+型层以暴露p型硅。接着将含铝油墨层印刷于面板上方。所述含铝油墨经加热以使油墨在所述球体之间流动，使得所述铝与所述球体的n+型底部层形成欧姆接触。所述铝还形成所述球体的p+型顶部表面。通过湿法蚀刻移除保持与顶部p+型硅接触的任何含铝油墨。
如果担心邻近p+区域与n+区域之间的扩散，那么在沉积含铝油墨层之前可在所述n+型区域与所暴露p型区域之间的每一球体周围形成薄电介质层以在形成所述球体的p+型顶部表面之后充当隔板。
接着将通过毛细管作用及表面张力用润湿方法(或芯吸方法)与微球体的顶部分离(且汇集在微球体的周界周围)的低温电介质印刷于面板上以在所述微球体之间形成1微米到15微米厚的涂层，从而暴露p+型硅。
接着(例如)通过槽模涂覆将透明导体层涂覆于面板上方。接着所述导体层经加热以使所述层中的导电粒子烧结且与p+型硅形成欧姆接触。可存在透明导体材料在所述p+型硅的侧周围的合意汇集。
接着印刷金属总线条以形成经由透明导体的到p+型硅的低电阻路径。
接着可形成量子点层及渐变透镜，如先前所描述。
接着形成阳极及阴极连接器，从而导致基于铝的阳极层及透明导体阴极层。
接着将面板分离、安装于支撑结构上且电互连。
详细说明中描述其它实施例。所有步骤均可在大气压条件下执行。
附图说明
图1是开始薄金属箔衬底的俯视图。形成面板或电池的衬底针对辊到辊全大气压印刷工艺可为任何大小。
图2图解说明含铝油墨或浆层，所述含铝油墨或浆层紧接在所涂覆的硅球体层之前而经槽模涂覆，使得球体上覆未固化导体层。这些层可通过其它手段而施加，例如轮转丝网印刷或辊上刮刀涂覆。
图3是衬底沿着p型硅球体的行的横截面图，其图解说明沉积于未固化导体层上以形成紧密堆积的单层的硅球体。尽管为简明起见，所述过程将展示为对仅单个球体执行，但可在PV面板的整个表面上方同时执行所述过程的每一步骤。
图4图解说明使溶剂从硅球体浆料蒸发以辅助形成薄层(例如单层)同时将球体压入到未固化导体层中的气刀。图4还图解说明经退火以在硅球体中形成背面场的硅球体层及导体层。
图5图解说明在图4的过程之后接合到导体层的硅球体。
图6图解说明涂覆于PV面板的表面上方的电介质势垒层。
图7图解说明已用润湿方法(或芯吸方法)与微球体的顶部分离以暴露硅表面的电介质。
图8图解说明沉积于硅表面上方的n型掺杂剂层。n型掺杂剂原子从n掺杂剂层扩散到硅中以在原位形成pn二极管。
图9图解说明在掺杂下伏硅之后冲掉的n型掺杂剂层。
图10图解说明至少沿着硅球体的边缘涂覆的透明导体或其它导体，接着为将金属总线条印刷于所述导体的一部分上方。透明导体材料(如果作为液体而沉积)可通过毛细管作用从球体的顶部表面自动回缩且合意地汇集在球体的周界周围以形成导电网络。
图11图解说明硅表面上的量子点的沉积。
图12图解说明较低折射率电介质材料中的高折射率纳米粒子(＜300nm)的沉积，从而形成渐变(或阶跃)折射率透镜的一部分以用于减小反射。
图13图解说明较低折射率及较大粒子的沉积，从而形成渐变(或阶跃)折射率透镜的一部分以用于减小反射。
图14图解说明作为预先形成的二极管的硅球体的另一实施例。
图15图解说明图14的嵌入导电层中使得形成到n+型外层的电接触的硅二极管。
图16图解说明形成于球体上方且经往回蚀刻以暴露球体的顶部的电介质层。
图17图解说明已将球体的顶部蚀刻掉以暴露p型硅。所暴露p型硅可具有初始p型掺杂剂浓度，或可执行掺杂步骤以将其制成p+型。接着形成透明导体以与p型或p+型硅形成欧姆接触，接着为形成金属总线条。接着可执行图11到13的过程。
图18图解说明作为预先形成的二极管的硅球体。
图19图解说明沉积于衬底上的球体及沉积于球体上方的电介质。
图20图解说明经往回蚀刻以暴露球体的顶部的电介质及被蚀刻掉以暴露下伏p型硅的所暴露n+型硅。
图21图解说明被移除的剩余电介质。
图22图解说明经沉积及加热以在每一球体的顶部上形成p+型区域的含铝层。
图23图解说明经向下蚀刻以仅欧姆接触球体的n+型部分的含铝层。
图24图解说明形成于球体上方以暴露p+型区域的电介质掩模层。
图25图解说明沉积于球体上方以接触p+型区域的透明导体及接触透明导体的较厚金属总线条。
图26是使用辊到辊技术而执行的全大气压印刷工艺的一部分的示意图。
图27是四个PV面板的俯视图，每一PV面板通常含有几百万个并联连接的硅二极管以用于将太阳光转换为电力，其中稳健金属总线条经形成以电接触较窄经印刷导体，且其中电极经形成以允许面板通过外部导体串联连接。
图28展示在从20℃到60℃的范围内的浆料温度下随剪切率而变的硅微球体浆料的粘度行为。浆料在室温下是高度触变的，但在40℃下展现小得多的剪切稀化。在60℃下失去一些溶剂，此导致粘度稍微增加100s-1。
图29A及29B是涂覆于铝网上的63微米到75微米的微球体的紧密堆积的单层在不同放大率下的光学图像。所述微球体形成紧密堆积的单层且直径可在10微米到150微米内，其中直径具有+/-10微米的变化。
图30是接合到涂覆于Al箔衬底上的含Al油墨的横截面硅微球体的光学图像。油墨与硅微球体之间的界面展示p+区域或背面场区域的形成。
图31A是嵌入经固化Al油墨中的硅球体单层的横截面的扫描电子显微镜图像。
图31B及31C是扫描电子显微镜中所获得的能量分散x射线谱图像，其展示硅微球体中的合金区域(p+)(图31B)及铝衬底中的合金(富硅相)区域(图31C)。
在各图中类似或相同的元件标示为具有相同编号。
具体实施方式
本发明的一个实施例是用于形成通常含有几百万个并联电互连的小实质上球形硅二极管的薄PV面板(或太阳能电池)的工艺。电力由面板因光伏效应而产生。pn结通过将富含电子或缺少电子的原子扩散到大约1微米的深度而制作于轻掺杂硅(通常为p型且称为基极)中，从而通常形成经掺杂n型层(称为射极)。形成到pn结的任一侧上的射极及基极的电接触。在此结处，耗尽区域依据经电离施主及受主的存在而形成。当从太阳光吸收光子时，产生自由载子。这些光生载子扩散且漂移到p-n结的耗尽区域、在内建电场下跨越所述结而漂移且收集在所述电极处，从而产生净光电流。二极管的群组可以串联及并联的组合而连接以形成所要操作电压及电流。举例来说，所述电力可用于馈送到共用电网中或对电池进行充电。
硅将仅具有等于或稍微大于硅的带隙(～1.1eV)的能量的光子转换为电力。由于UV光具有比带隙大得多的能量，因此此所吸收能量中的大部分浪费为热量。由于空气(n＝1)与硅(对于可见光，n＝大约4)之间的折射率的大差异，因此还存在通过硅的显著反射。因此所反射太阳光被浪费。这些仅是基于硅的PV面板具有相对低的电力转换效率(通常小于20％)的原因中的一些。
下文所描述实施例图解说明用于形成高效PV面板的各种大气压印刷工艺。不需要(例如)用于金属沉积、电介质沉积、蚀刻等的真空室，从而导致PV面板制作工艺实施起来相对简单且廉价。此工艺实现高吞吐量辊到辊制造技术。此外，所述工艺非常高效地使用硅。
图1是开始衬底10的俯视图。在实例中，衬底10是柔性铝箔且用于传导电流。在另一实施例中，衬底10是任何其它金属，例如不锈钢、铜、黄铜或其它合金。衬底10可替代地为电介质，例如聚合物薄片。衬底10可为任何大小，例如9英寸乘18英寸。优选地，将衬底10提供于辊上，且将所描述的技术在大气压条件下执行为辊到辊工艺。在优选实施例中，没有沟道形成于衬底10中。
在图2中，形成导电层，紧接着为沉积硅球体浆料。在另一实施例中，导电层可在沉积硅球体之前固化。图2图解说明槽模涂覆工艺，但可设想替代印刷或涂覆方法(例如，辊上刮刀涂覆)。将含铝浆或含铝油墨13的来源12提供到第一槽模头14。所述浆还可为铝及硅的组合或其它材料。第一槽模头14可任选地加热含铝油墨13，且泵致使油墨13从长窄槽喷射于第一槽模头14中。槽模头是众所周知的。所沉积含铝油墨13的位置及量因此被小心地控制且可用于沉积导体层的行。
溶剂系统(硅油墨18)中的经掺杂或固有硅球体的来源16提供到第二槽模头20(其还可经加热以控制粘度)且在含铝油墨13的固化之前沉积到含铝油墨13上。油墨13及18的粘度及溶剂中的粒子的百分比可经控制以优化油墨的涂布及所沉积粒子的堆积密度。槽模头14及20可以称作双槽模头的形式连接在一起以用于油墨13及18的精确对准。
在一个实施例中，跨越衬底10的宽度而沉积几千个经掺杂球体。所述球体理想地以六边形形式进行堆积(即，每一球体在水平平面中有6球体环绕其)以提供每单位面积最大数目个球体。单层发生于极窄控制范围内，其中印刷条件的小变化导致稀疏层或层加倍。这些困难由流体的流变性及此些高度剪切稀化材料的刮墨刀片涂覆或槽模涂覆的物理限制两者所致。
图28展示硅球体浆料随温度而变的剪切稀化性质。通过在40℃下涂覆油墨，剪切稀化被最小化，因此可能形成单层。
此外，通过使用湿碰湿方法(例如，湿导电“胶”层上的湿球沉积作用)，以213cm/min制成紧密堆积的或接近完美的单层。图29A及29B展示具有63微米到75微米的直径的微球体的紧密堆积的单层的形成。此过程已证明具有直径介于从10微米到150微米的大小范围内的微球体，但高堆积密度需要最多20微米的总直径变化。辊上刮刀涂覆及槽模涂覆两者的组合允许显著增强的涂覆控制范围且为剪切稀化流体的高速涂覆的创新。
与此步骤相比，美国公开案2010/0167441中的沉积于扁平衬底(无沟道或腔)上方的粘合剂层不是金属，而是(举例来说)导电聚合物。铝层的电阻低于导电聚合物的电阻，且铝可用于用p型掺杂剂来掺杂硅。
图3是衬底10的横截面图，其展示含铝导体层22的涂覆，接着为p型硅球体26的涂覆。替代地可使用具有预先形成的pn结的N型未掺杂或硅球体。第5,556,791号美国专利中描述硅球体的形成。在一个实施例中，球体26具有大约介于10微米到300微米之间的平均直径。由于球体26通常将不是完美球体，因此将其假设为是实质上球形的。
如果使用丝网印刷来形成本文中所描述的各种层，那么可在衬底10的大表面上方执行所述工艺，而衬底10是固定的。在丝网印刷中，细网格已在其上形成使用常规光刻工艺而图案化的掩模层，例如乳剂。接着将网格铺设于衬底10上方。接着将包括欲沉积的材料的液体或浆用橡皮辊刷在网格上方以将液体/浆经由开口压入掩模中以将液体/浆沉积于衬底10表面上。所沉积材料(例如)通过用热进行干燥而固化。
图4图解说明涂布硅油墨层31以形成球体26的薄层(例如，单层)同时将球体26压入到未固化导体层22中的任选气刀30。吹送经加热经过滤空气或惰性气体的气刀30还使油墨溶剂部分蒸发。因此，在使用气刀30对轧辊或刀片中存在协同作用。气刀30可经定向垂直于衬底10或成一角度。在一个实施例中，气刀30吹送窄角(刮刀边缘)空气。在其它实施例中，可使用任何类型的涂布器。在另一实施例中，取决于沉积技术，不需要涂布器。
图4还图解说明在辊到辊工艺期间以两步骤过程固化及退火的硅油墨层31及导体层22。固化步骤使油墨溶剂蒸发。展示加热器32。加热器32可为任何适合加热器，包含快速退火系统。退火使导电层22中的铝粒子烧结在一起、在硅(p+区域)中形成背面场且将硅接合到导电层，从而提供到下伏衬底的机械连接性及电连接性两者。图5图解说明在图4的过程之后嵌入经固化导电层22中以形成大接触区的硅球体26。p+区34在Al退火步骤期间形成于Al与硅球体26接触的任何地方。Al原子扩散到硅中，形成高度经掺杂p+区34且形成欧姆接触。图30及31A到31C中展示在此退火过程之后接合到Al油墨及衬底的硅微球体的横截面图像。在图30中，硅微球体的底部中的“亮”区域是BSF区域且证明为如图31B中的电子分散谱(EDS)显微图中所展示的富含Al的“暗区域”。在图31C中，展示硅含量的EDS显微图。Al衬底中的富含硅的区域展示发生合金化及因此Al油墨与Al衬底之间的电接触以完成太阳能电池阳极。
在图6中，将电介质36(例如)通过喷涂或喷墨印刷沉积于PV面板的表面上方。在一个实施例中，电介质36是接着被固化的所喷涂玻璃前驱物，例如旋涂玻璃(SOG)。旋涂玻璃是用于描述可通过旋涂或喷涂而沉积的低粘度玻璃的术语。电介质36的厚度在球体之间为大约几微米到几十微米，这是因为球体26仅具有介于10微米到300微米之间的直径。在另一实施例中，电介质是在固化时形成连续绝缘层的聚合物微珠的分散体。
在图7中，电介质36展示为用润湿方法与硅球体26的顶部分离以暴露上部硅表面。由于电介质36的低粘度、硅球体的平滑表面及硅与电介质36之间的化学相互作用的缺少，因此电介质36由于毛细管作用、表面张力及重力而沿着硅球体26的边缘汇集。电介质层从球体的顶部的此移除还可称为芯吸。即使球体26的顶部上存在薄残余电介质层，后续激光扩散步骤也可克服此薄电介质层以形成PN结，如下文所描述。在另一实施例中，微珠完全用润湿方法与硅微球体的顶部分离，从而暴露原始表面以形成PN结。
在图8中，将n掺杂剂层38沉积于硅表面上方直列地形成pn结二极管。在一个实施例中，n掺杂剂层38是经喷涂或经印刷磷掺杂的玻璃层。层38中的掺杂剂使用脉冲激光器而扩散到硅中。激光器将球体表面26加热到(举例来说)高于硅的熔化温度以允许磷到硅中的快速扩散。在另一实施例中，掺杂剂是磷酸且可直接涂覆于电介质层上方、接着使用激光退火扩散穿过硅微球体的顶部上的薄电介质以形成p-n结。在第三实施例中，掺杂剂是磷掺杂的纳米硅或含磷硅前驱物，其在借助激光器进行冲洗后即刻形成连续硅膜。所述膜取决于激光条件可为非晶、纳米晶体或单晶体。当激光条件是用以越过硅膜与微球体之间的界面扩散磷时，形成同质结。当激光条件是用以使磷保持在上部硅层内时，形成异质结。在具有最高达6mm的焦距的情况下，具有45W或小于45W的峰值电力及20微焦耳到100微焦耳的能量密度的532nm激光是合意的。
在图9中，冲掉或蚀刻掉n掺杂剂层38的残留物，此还可使电介质层36进一步薄化。图9图解说明硅球体26的顶部部分，所述顶部部分为n型部分40，因此使用辊到辊工艺直列地形成pn二极管。如果需要，可沉积额外电介质层，所述额外电介质层经设计用润湿方法与大部分球体表面分离以便通过重力、表面张力及毛细管作用汇集在平滑球体的周界周围。
在图10中，透明导体或其它导体层44至少沿着硅球体26的边缘而沉积以电接触球体26的n+型部分40且经退火以降低触点电阻。在一个实施例中，导体层44通过槽模涂覆而沉积，从而使液体导体材料经由窄槽压入到表面上。在一个实施例中，透明导体材料具有充分低的粘度以便通过重力、表面张力及毛细管作用汇集在平滑球体的周界周围。透明导体的汇集降低导体的电阻且改进可靠性。由于透明导体实质上用芯吸方法与二极管的顶部分离，因此避免关于透明导体的任何反射问题，且透明导体与硅之间的折射率的任何不匹配变得无关紧要。如果需要，可使用湿法蚀刻从球体的顶部蚀刻掉任何薄导体层。
如果使用非透明导体层，那么应蚀刻掉球体26的顶部上方的显著削弱可由硅吸收的太阳能辐射能谱中的光的任何导体材料。在一个实施例中，将粘结剂中的包括纳米大小的银粒子或金属丝的层用作导体层44。银粒子或金属丝在固化之后彼此接触。在一个实施例中，导体层44在干燥之后为大约100nm到200nm厚。
接着(例如)通过银或其它导体的喷墨印刷或轮转丝网印刷将低电阻率金属总线条48选择性地印刷于透明导体层44上方。接着使所得结构退火以烧结银粒子。
如先前所提及，来自由硅二极管吸收的阳光的UV光产生浪费的热量。UV光子由于硅球体26的浅吸收深度而吸收于硅球体26的上部高度经掺杂射极区域中，因此任何UV产生的自由载子具有重新组合的高可能性。
在图11中，(例如)通过喷涂或喷墨印刷而将纳米硅量子点52的具有介于2nm到20nm之间的平均直径的层50直接沉积于硅表面上。因此，球体26是保形地涂覆的。所要大小的量子点是商业上可获得的且已知为用于将来自LED的蓝色或UV光转换为较长波长，此可形成白色光。量子点的材料及大小确定所发射波长。量子点以液体形式分散于球体26上方(或任何透明导体上方)，其接着被蒸发以在硅球体26上方留下量子点52的薄层50。量子点52吸收阳光中的UV光且由于光致发光而发射可见光，例如大约700nm或小于700nm处的红色光。接着，通过二极管的光伏效应将可见光转换成电流。因此，增加效率且减少热量。展示量子点的大小对其光致发光能量的曲线图是公众可获得的，且最优大小取决于太阳能能谱中的波长及由硅最高效地转换为电力的波长。量子点56不用于直接产生电流。
由于量子点52优选地为硅且球体26为硅，因此折射率的值可是接近的以便不增加硅球体表面的反射性。此外，由于量子点52是在形成到硅球体26的所有电连接之后而施加，因此量子点层不需要是导电的。
量子点层50(其可能为非导电的)可上覆金属总线条48，这是因为到金属总线条48的电接触是沿着PV面板的其中不沉积量子点的边缘而形成。在一个实施例中，可将量子点52灌注于球体26上方的透明导体层中。
由于空气与硅的折射率(n)的大差异，因此经抛光硅反射大约35％到50％的可见光及50％到70％的紫外线光。图12及13图解说明阶跃折射率透镜或渐变折射率透镜的形成以减小硅的反射性。仅展示两个透镜层；然而，可添加额外层以使折射率渐变以进一步减小反射损失。由于透镜涂层制剂的流变性，因此透镜的底部表面将固有地符合球体26，从而使到硅球体的光透射最大化。在图12中，将粘结剂中的含有高折射率纳米粒子56的层54沉积于量子点层50上方。在一个实施例中，纳米粒子56具有小于300nm且优选地10nm到100nm的平均直径。纳米粒子56的形状将未必是球形的，且直径视为是所述形状的最宽直径。纳米粒子56由具有大约1.7到2.4的高折射率的材料制成。此通常高于任何高折射率聚合物。由于纳米粒子56具有比其灌注于其中的粘结剂高的折射率，因此关键是使其大小保持充分低于所关注的波长(即，350nm及大于350nm)或在层54内部将存在显著吸收及反射。由于纳米粒子56的小大小，因此在所要电磁范围中存在极小或不存在反射或吸收。粘结剂可为聚偏二氟乙烯(PVDF)或者在沉积时为液体的另一适合聚合物或其它材料。纳米粒子还可称为珠。在一个实施例中，纳米粒子56是透明经掺杂玻璃珠。纳米粒子56及粘结剂可通过喷涂、印刷或使用其它大气压沉积技术而沉积。在固化后，层54的厚度可为几微米。在另一实施例中，如果一些吸收是可容许的，那么纳米粒子56小于10微米。
在图13中，含有较低折射率及较大粒子(优选地透明玻璃珠60(例如，石英))的层58经沉积以形成渐变折射率透镜的上部部分以用于减小反射。玻璃珠60可具有介于1.4到1.43之间的折射率以匹配液体粘结剂(例如，PVDF)的折射率。珠60可具有介于1微米到10微米之间的平均直径。由于珠60经形成以具有大约与粘结剂相同的折射率，因此粘结剂中的珠60的吸收或反射可忽略。玻璃珠60(其比粘结剂硬得多)合意地增加层58的耐磨性。如果玻璃珠60密集地堆积，那么其将改进所述层的防潮特性。层58可通过喷涂、印刷或其它适合大气压工艺而沉积。
透镜层54及58的总厚度可小于15微米。在一个实施例中，层58形成大体半球形透镜以将太阳光另外聚焦到硅球体上。透镜的渐变或阶跃折射率提供从高折射率硅到低折射率空气的良好过渡。具有不同折射率的聚合物及/或聚合物纳米粒子复合物的额外层可插入于层54与58之间以形成较精细渐变透镜以进一步减小反射。商业上可获得具有小于1.7的折射率的聚合物。
由于所沉积透镜54、58作为粘性液体而沉积，因此其符合硅球体。因此，透镜54的底部表面将符合球体形状，且透镜58的底部将符合透镜54的顶部形状。因此，出于最大光接收目的，透镜54、58两者均可通过粘结剂的自然表面张力制成为实质上半球形。如本文中所使用的术语珠未必意味着球形形状，但透镜层54及58中所使用的玻璃珠优选地具有圆形边缘。
在另一实施例中，单个保形透镜层可含有不同折射率的一或多个纳米粒子的混合物，且纳米粒子的浓度在透镜的上部部分与下部部分之间的浓度方面可变化。在一个实施例中，单个透镜涂层对于在辊到辊工艺期间简化涂覆步骤的数目是优选的。每一折射率的纳米粒子的大小及/或质量可不同，使得不同大小/质量的纳米粒子以不同速率沉降到液体层的底部，从而导致针对渐变透镜形成不同折射率纳米粒子的不同层。液体可经加热以调整其粘度以使得纳米粒子能够沉降。可通过测试确定最优大小。
在另一实施例中，透镜层54及58组合成含有灌注于形成图13中的层58的一部分的较低折射率粘结剂中的纳米粒子56的单个渐变折射率层。然而，粘结剂58不含有玻璃珠60。纳米粒子56混合于粘结剂中且在单个步骤中如上文所描述而沉积。纳米粒子56在沉积之后自然地迁移/沉降到粘结剂的底部。液体层可经加热以极大地降低其粘度以控制纳米粒子56的沉降。因此，邻接球体26(具有高密度的纳米粒子56)的透镜区将具有高于进一步来自其中存在低密度的纳米粒子56的球体26的折射率的折射率。
在另一实施例中，使具有不同块体折射率的多个层涂覆并固化于彼此的顶部上以使透镜的折射率较精确地渐变。
图14图解说明作为在其施加到衬底之前形成的预先形成的二极管的硅球体82的另一实施例。硅球体82可为p掺杂的。在一个实施例中，球体接着在批次滚桶工艺中经受POCl3以通过将磷扩散到硅球体表面中而形成n+型壳体84。还可使用借助磷酸的其它技术，例如湿法工艺。
在图15中，将硅球体82嵌入形成于衬底88上方的导电层86中，如先前所描述。导电层86形成到n型壳体84的欧姆接触。
在图16中，电介质层90形成于导电层86及硅球体82的侧上方。电介质层90可为喷墨印刷或喷涂的旋涂玻璃(SOG)或聚合物。接着使电介质层90固化。接着往回蚀刻电介质层90以暴露硅球体82的顶部。
在图17中，使用大气压化学蚀刻工艺(例如湿法或气相蚀刻)来蚀刻球体82的顶部部分以暴露球体的内p型部分。如果需要，球体82的顶部可另外经p掺杂以通过将经p掺杂层沉积于球体82上方、加热所述结构以使掺杂剂扩散到球体82的顶部中、接着移除剩余掺杂剂层而形成p+类型层。加热可借助激光器而进行。此类似于关于图8所描述的过程，但使用经p掺杂层。
接着将透明导体或其它导体层92沉积于结构上方以便接触p型硅。导体层92可为通过任何类型的印刷而沉积且接着被固化的油墨。导体92可为借助重力、表面张力及毛细管作用通过用芯吸方法与球体82的顶部表面分离而固有地汇集在球体82的周界周围的类型，如先前所描述。然而，球体82上方剩余的任何透明导体92可均是可接受的。还可使用非透明导体。接着(例如)通过喷墨印刷而在透明导体层92上方形成金属总线条94以减小沿着球体82的行的电阻。因此，形成到沉积于衬底88上的所有球体82的阳极及阴极的电接触，且并联连接二极管。由面板面积界定的并联连接的二极管的数目可通过由面板产生的所要电流而确定。
接着可执行图11到13的过程以沉积量子点层及渐变透镜以用于改进太阳能面板的电力转换效率。因此使用全大气压工艺而完成几百万个并联连接的二极管的整个面板。
在图14到17的变化形式中，可沉积具有以下各项的二极管：1)n+型外壳体及固有核心(i导电性类型)；2)p型外壳体及n型或固有核心；3)p+型外壳体及p型或固有核心；或4)n+型外壳体及n型或固有核心。可在已沉积二极管之后掺杂外壳体或核心。
图18到25图解说明使用全大气压印刷工艺来形成PV面板的本发明的另一实施例。
图18图解说明作为预先形成的二极管的硅球体82，其类似于图14中所展示的硅球体。最初提供p型掺杂的硅球体，且接着(例如)通过使球体在批次滚桶工艺中经受POCl3而在球体上形成外n+型层84。
如图19中所展示，接着将球体82印刷于上覆衬底102的电介质层100(例如粘合带)上。接着将电介质104(例如玻璃)沉积于球体82上方。电介质104可通过喷涂而沉积。适合玻璃可为旋涂玻璃(SOG)。
图20图解说明经往回蚀刻(例如借助湿法蚀刻剂)以暴露球体的顶部的电介质104。接着(例如借助湿法或气相化学蚀刻剂)蚀刻掉所暴露n+型硅以暴露下伏p型硅。如果使用硅的各向异性蚀刻，那么用作牺牲遮蔽层的电介质104是任选的。如果硅蚀刻是各向异性的，那么球体82自身阻挡球体82的底侧的蚀刻。
接着移除剩余电介质104，如图21中所展示。
图22图解说明作为浆而丝网印刷于球体82上方的含铝层108。还可使用其它沉积技术，例如槽模印刷。含铝层108接着经加热以使油墨在球体82之间流动，使得铝与球体的n+型底部层形成欧姆接触。铝还掺杂球体82的顶部表面以将其制成p+型。可使用快速退火系统来加热含铝层108的表面以对球体82的顶部表面进行p掺杂。
如果担忧邻近p+与n+区域之间的扩散，那么可在沉积含铝层之前在n+型区域与所暴露p型区域之间的每一球体82周围形成薄电介质层以在形成球体的p+型顶部表面之后充当隔板。
在图23中，通过蚀刻移除保持与顶部p+型硅接触的任何含铝层，使得含铝层108仅欧姆接触球体82的n+型部分。
在图24中，低温电介质112接着印刷于球体82上方且经化学蚀刻以暴露p+型硅。
在图25中，接着通过槽模涂覆或其它大气压工艺将透明导体层114沉积于球体82上方。导体层114接着经固化以与p+型硅形成欧姆接触。可存在透明导体材料在p+型硅的边缘周围的合意汇集，且透明导体可从顶部表面回缩。
金属总线条116接着经印刷以形成经由透明导体层114到p+型硅的低电阻路径。
接着可形成量子点层及渐变透镜，如先前所描述。如果在形成透明导体层114之后暴露球体82的顶部部分，那么量子点及渐变透镜层将符合球体82表面。
接着形成阳极及阴极连接器，从而导致含铝阳极层及透明导体阴极层。
面板接着被薄片、安装于支撑结构上且电互连。
发明人所预期的额外变化包含使用固有硅球体及轻度n掺杂的硅球体作为基极材料。在任一情形中，p/n、p-i或n-i结或者前面场(n+/n或p+/i或n+/i)可借助掺杂剂的激光介导扩散由经掺杂玻璃或其它掺杂剂源引入，如图8及9中所展示。背面场(p+/i)或p/n或p-i结可使用来自导电油墨的铝掺杂剂通过在球体的底部处进行p型掺杂而引入，如图5中所图解说明。
图26是使用辊到辊技术而执行的全大气压印刷工艺的示意图。衬底120(其可在辊上或为大薄片)定位于用于执行上文所描述的步骤中的任一者的任何适合大气压处理站下方。衬底120可针对不同过程连续地延续穿过不同站(直列式辊到辊)及/或可在移动到另一站(辊到辊)之前在用于覆盖整个衬底120的单个站处的一组特定工具下方延续。上述过程中使用的三种基本装备工具类型是针对沉积124、加热/固化128及蚀刻132。沉积124可通过槽模印刷、喷墨印刷、喷涂、丝网印刷或其它适合技术。加热/固化128可通过激光器、加热棒、IR、UV、送风机或其它适合技术而执行。蚀刻132可通过化学气相蚀刻、湿法蚀刻、机械蚀刻或其它适合技术而执行。用于本文中所描述的所有材料的蚀刻剂可为在大气压下使用的常规型的(例如，基于氟、基于氯)。
因此，至少以下特征区分发明性工艺与第2010/0167441号美国专利申请公开案中的工艺：
本发明工艺的实施例形成保形透镜(图12及13)。保形透镜是较优选地定形状的且固有地优选定位于二极管上方，因此改进效率。透镜的折射率还为阶跃的或渐变的以减小硅微球体的反射性。
本发明工艺的实施例形成上覆二极管的量子点层(图11)，所述量子点层符合二极管的形状以改进效率及减小热。
本发明工艺的实施例蚀刻二极管(图17及20)以暴露核心硅区域，接着为任选p+或n+掺杂步骤。所暴露核心接着由导体接触。
本发明工艺的实施例沉积含铝层108(图22)以对二极管的顶部进行p+掺杂，接着向下蚀刻含铝层108以仅电接触二极管的底部n+型部分。
各种接近大气压蚀刻工艺使得新工艺流程能够用于形成面板，且在一些实施例中，改进面板的性能。
所述工艺的实施例沉积用芯吸方法与半导体球体的顶部分离的电介质层，以实质上暴露球体的顶部以供掺杂，从而避免对蚀刻电介质的需要。电介质使阳极导体与阴极导体绝缘。
本发明工艺的实施例沉积汇集在二极管的边缘周围的透明导体，从而用芯吸方法与顶部表面分离。此避免对蚀刻的需要且改进光学效率。
本发明工艺的实施例使用不具有沟道的衬底且将硅球体沉积于未固化或部分固化的Al层(图3)上方。使Al层退火允许Al对硅进行p+掺杂。所得Al层具有极低电阻，且Al层不受来自阳光的持续UV暴露影响。
本发明工艺的实施例对具有含磷材料层(图8)的硅的顶部部分进行n掺杂，接着蚀刻掉剩余材料残渣(图9)。蚀刻掉材料残渣改进光学效率且降低硅透明导体触点的电阻。
还存在对现有技术的其它改进。
图27是四个面板140的俯视图，每一面板通过上文所描述工艺中的任一者而制成且每一面板含有几百万个并联连接的硅二极管以用于将太阳光转换为电力。金属衬底10/88/102展示为具有形成为到其的第一电连接141(例如，阳极电极)。金属总线条48/94/116全部借助可沿x及y方向形成的许多较大及较低电阻金属总线条142连接在一起。总线条142的数目取决于面板的大小及并联连接的二极管的数目。形成到金属总线条142的第二电连接144(例如，阴极电极)。
各种面板140接着通过外部导体(例如金属丝或框架的一部分)以串联及并联的任何组合而连接，以实现所要电压及电流。
每一面板140还可称为太阳能电池，这是因为每一电池充当接着与其它电池按用户期望互连的单个单元。太阳能电池可采取任何形式且未必是矩形面板。
在一个实施例中，太阳光由面板140转换为电力，且DC-DC转换器将电力转换为适合电压以对电池进行充电。
尽管将二极管描述为球体，但二极管可为大体球形的且仍称为球体。确切形状取决于工艺中的公差及随机性的特定程度。术语“半导体粒子”在本文中是用于指具有任何形状(包含球体、多面体或随机形状)的二极管。
考虑到材料的限制，形成透镜的各种透明层及透明玻璃珠在所有相关波长处未必均是100％透明的，而是根据此项技术中的常见用法仍称为透明的。
本文中所描述的所有步骤均在大气压条件中针对至少面板水平而执行，从而避免对任何真空室的需要，允许面板以辊到辊工艺迅速且廉价地形成。所完成面板是轻量且柔性的。
本文中所描述的技术还可用于形成发光二极管的面板。代替硅球体，半导体粒子可为产生蓝色光的基于GaN的粒子(例如，球体)。磷光体层可通过喷涂或印刷沉积于半导电粒子上方以形成白色光或任何其它波长的光。本文中所描述的适合于LED的所有其它工艺均可相同以形成到LED的阳极及阴极的电接触，或掺杂LED，或在LED上方形成透镜。
虽然已展示及描述本发明的特定实施例，但所属领域的技术人员将显而易见：可在不背离本发明的更广泛方面的情况下做出改变及修改，且因此，所附权利要求书欲将所有此些改变及修改囊括在其范围内，如同此些改变及修改属于本发明的真正精神及范围内一样。
除当前所主张发明外，下文列出受让于本发明受让人的各种其它发明连同其发明人。
PV面板中的二极管与透镜之间的量子点(QUANTUM DOTS BETWEEN DIODESAND LENS IN A PV PANEL)。图11。郑立新(Lixin Zheng)、特里西娅A.杨布尔(Tricia A.Youngbull)
1.一种太阳能电池结构，其包括：
多个硅二极管，其在衬底上，适于将太阳光转换为电力，所述二极管具有用于暴露于阳光的第一表面部分；及
量子点层，其沉积于至少所述第一表面部分上方以符合所述第一表面部分，所述量子点层将所述太阳光的UV波长转换为所发射可见波长，其中所述一或多个二极管将所述所发射可见波长转换为电力。
2.在本发明技术方案1的发明的基础上的结构，其中所述二极管包括衬底上的多个硅球体，所述二极管具有连接到第一导体的第一导电性类型的顶部表面及连接到第二导体的第二导电性类型的底部表面，所述量子点沉积于所述二极管的所述顶部表面上方及所述第一导体的至少一部分上。
3.在本发明技术方案1的发明的基础上的结构，其中所述量子点层包括具有介于2nm到20nm之间的平均直径的纳米硅粒子层。
4.在本发明技术方案1的发明的基础上的结构，其中所述量子点层包括具有介于2nm到20nm之间的平均直径的纳米粒子层。
5.在本发明技术方案1的发明的基础上的结构，其中所述量子点发射具有小于1000nm的波长的光。
6.在本发明技术方案1的发明的基础上的结构，其中所述一或多个二极管包括衬底上的多个硅球体，所述二极管具有大于10微米的平均直径，所述二极管具有第一导电性类型的顶部表面及第二导电性类型的底部表面，所述量子点沉积于所述二极管的所述顶部表面上方，其中所述量子点具有小于20nm的平均直径且将来自阳光的UV光转换为具有小于1000nm的波长的光。
7.在本发明技术方案6的发明的基础上的结构，其进一步包括形成于所述量子点层上方的透镜。
8.在本发明技术方案7的发明的基础上的结构，其中所述透镜具有渐变折射率。
9.在本发明技术方案8的发明的基础上的结构，其中所述二极管具有由具有第一折射率的第一材料形成的外表面，所述透镜包括：
第一透镜层，其上覆所述第一表面部分，所述第一透镜层包括具有小于300nm的平均第一直径的透明第一粒子，所述第一粒子具有小于所述第一折射率的第二折射率；及
第二透镜层，其上覆所述第一透镜层，所述第二透镜层包括具有大于所述第一直径的平均第二直径的透明第二粒子，所述第二粒子具有小于所述第二折射率的第三折射率。
10.在本发明技术方案1的发明的基础上的结构，其中所述二极管通过导体电接触，且其中所述量子点层毯覆沉积于所述二极管上方及所述导体上方。
11.一种形成太阳能电池结构的方法，其包括：
在衬底上沉积适于将太阳光转换为电力的多个硅二极管，所述二极管具有用于暴露于阳光的第一表面部分；及
至少在所述第一表面部分上方沉积量子点层以符合所述第一表面部分，所述量子点层将所述太阳光的UV波长转换为所发射可见波长，其中所述一或多个二极管将所述所发射可见波长转换为电力。
12.在本发明技术方案11的发明的基础上的方法，其中所述二极管具有大于10微米的平均直径，且其中所述量子点层包括具有小于20nm的平均直径的纳米硅粒子层以便将来自阳光的UV光转换为具有小于1000nm的波长的可见光。
13.在本发明技术方案11的发明的基础上的方法，其进一步包括在所述量子点层上方形成透镜。
14.在本发明技术方案13的发明的基础上的方法，其中所述透镜具有渐变折射率。
15.在本发明技术方案14的发明的基础上的方法，其中所述二极管具有由具有第一折射率的第一材料形成的外表面，且其中形成所述透镜包括：
沉积上覆所述第一表面部分的第一透镜层，所述第一透镜层包括具有小于300nm的平均第一直径的透明第一粒子，所述第一粒子具有小于所述第一折射率的第二折射率；及
沉积上覆所述第一透镜层的第二透镜层，所述第二透镜层包括具有大于所述第一直径的平均第二直径的透明第二粒子，所述第二粒子具有小于所述第二折射率的第三折射率。
PV面板中的球形二极管上方的保形透镜(CONFORMAL LENS OVER SPHERICALDIODES IN A PV PANEL)。图12及13。特里西娅A.杨布尔(Tricia A.Youngbull)、郑立新(Lixin Zheng)、薇拉N.洛基特(Vera N.Lockett)。
1.一种用于形成太阳能电池结构的方法，其包括：
在衬底上提供适于将太阳光转换为电力的多个二极管，所述二极管具有用于暴露于阳光的第一导电性类型的圆形顶部表面部分且具有第二导电性类型的底部表面部分；
提供电接触所述底部表面部分的第一导体；
沉积电接触所述顶部表面部分的第二导体；及
在所述顶部表面部分上方沉积透镜材料，其中仅在沉积所述透镜材料之后，所述透镜材料的底部表面实质上符合所述顶部表面部分的所述圆形形状。
2.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中所述沉积所述透镜材料的步骤包括：
在所述二极管上方沉积液体透镜材料，其中所述液体透镜材料通过至少表面张力实质上符合所述二极管的所述顶部表面部分；及
使所述液体透镜材料固化以形成第一透镜。
3.在本发明技术方案2的发明的基础上的方法，其中所述二极管具有小于300微米的平均直径，其中所述第一导体包括金属层，且其中所述第二导体包括透明导体层，所述方法进一步包括：
在所述金属层上方沉积电介质层，所述电介质层在所述二极管之间延伸；及
在所述电介质层上方沉积所述透明导体层以电接触所述二极管的所述顶部表面部分且电互连所述二极管，
其中所述沉积所述液体透镜材料的步骤包括在所述二极管之间的所述电介质层上方及在所述二极管之间的所述透明导体层上方以及在所述二极管的所述顶部表面部分上方沉积所述液体透镜材料。
4.在本发明技术方案3的发明的基础上的方法，其进一步包括在沉积所述液体透镜材料之前在所述电介质层上方、在所述透明导体层上方及在所述二极管上方沉积量子点层。
5.在本发明技术方案2的发明的基础上的方法，其中通过涂覆或印刷中的一者而沉积所述液体透镜材料。
6.在本发明技术方案2的发明的基础上的方法，其中在所述多个二极管上方及在所述二极管之间而不遮蔽所述二极管沉积所述液体透镜材料。
7.在本发明技术方案2的发明的基础上的方法，其中所述第一透镜具有第一折射率，所述方法进一步包括：
在所述第一透镜上方沉积第二液体透镜材料，所述第二液体透镜材料的底部表面符合所述第一透镜的顶部表面；及
使所述第二液体材料固化以形成第二透镜，所述第二透镜具有低于所述第一折射率的第二折射率。
8.在本发明技术方案2的发明的基础上的方法，其中所述液体透镜材料包括对可见光透明且具有小于10微米的平均直径的第一粒子，其中所述第一粒子处于在固化时具有第一折射率的第一液体粘结剂中，所述第一粒子具有高于所述第一折射率的第二折射率。
9.在本发明技术方案8的发明的基础上的方法，其中所述第一粒子具有小于300nm的平均直径。
10.在本发明技术方案8的发明的基础上的方法，其进一步包括：
在所述第一透镜上方沉积第二液体透镜材料，所述第二液体透镜材料的底部表面符合所述第一透镜的顶部表面；及
使所述第二液体材料固化以形成第二透镜，所述第二透镜具有低于所述第二折射率的第三折射率。
11.在本发明技术方案10的发明的基础上的方法，其中所述第二液体透镜材料包括在第二液体粘结剂中的对可见光透明的第二粒子。
12.在本发明技术方案11的发明的基础上的方法，其中所述第二粒子近似具有所述第三折射率，且所述第二液体粘结剂在固化时也近似具有所述第三折射率。
13.在本发明技术方案8的发明的基础上的方法，其中所述第一粒子包括玻璃珠。
14.一种太阳能电池结构，其包括：
多个二极管，其在衬底上，适于将太阳光转换为电力，所述二极管具有用于暴露于阳光的第一导电性类型的圆形顶部表面部分且具有第二导电性类型的底部表面部分；
第一导体，其电接触所述底部表面部分；
第二导体，其电接触所述顶部表面部分；及
第一透镜，其由第一透镜材料形成，所述第一透镜材料作为液体沉积于所述顶部表面部分上方接着经固化使得所述第一透镜的底部表面实质上符合所述顶部表面部分的大约圆形形状。
15.在本发明技术方案14的发明的基础上的结构，其中所述二极管具有实质上球形形状，其中所述第一透镜材料通过至少表面张力实质上符合所述二极管的所述顶部表面部分。
16.在本发明技术方案14的发明的基础上的结构，其中所述二极管具有小于300微米的平均直径，其中所述第一导体包括金属层，且其中所述第二导体包括透明导体层，面板进一步包括：
电介质层，其在所述金属层上方，所述电介质层在所述二极管之间延伸；及
所述透明导体层，其在所述电介质层上方以电接触所述二极管的所述顶部表面部分且电互连所述二极管，
其中所述第一透镜材料上覆所述二极管之间的所述电介质层且在所述二极管之间的所述透明导体层上方以及在所述二极管的所述顶部表面部分上方。
17.在本发明技术方案16的发明的基础上的结构，其进一步包括在所述电介质层上方、在所述透明导体层上方及在所述二极管上方的量子点层，所述第一透镜形成于所述量子点层上方。
18.在本发明技术方案14的发明的基础上的结构，其中所述第一透镜具有第一折射率，所述面板进一步包括：
第二透镜，其形成于所述第一透镜上方，所述第二透镜由第二透镜材料形成，所述第二透镜材料沉积于所述第一透镜上方接着经固化，所述第二透镜的底部表面符合所述第一透镜的顶部表面，所述第二透镜具有低于所述第一折射率的第二折射率。
19.在本发明技术方案14的发明的基础上的结构，其中所述第一透镜包括对可见光透明的第一粒子，所述第一粒子具有小于10微米的平均直径，其中所述第一透明粒子在具有第一折射率的第一粘结剂中，所述第一透明粒子具有高于所述第一折射率的第二折射率。
20.在本发明技术方案19的发明的基础上的结构，其中所述第一粒子具有小于300nm的平均直径。
21.在本发明技术方案19的发明的基础上的结构，其进一步包括：
第二透镜，其形成于所述第一透镜上方，所述第二透镜由第二透镜材料形成，所述第二透镜材料沉积于所述第一透镜上方接着经固化，所述第二透镜的底部表面符合所述第一透镜的顶部表面，所述第二透镜具有低于所述第二折射率的第三折射率。
22.在本发明技术方案21的发明的基础上的结构，其中所述第二透镜包括在第二粘结剂中的对可见光透明的第二粒子，其中所述第二粒子近似具有所述第三折射率，且所述第二粘结剂也近似具有所述第三折射率。
用润湿方法与PV面板中的硅微球体的顶部分离以使阳极导体与阴极导体绝缘的电介质(DIELECTRIC WETTING OFF TOPS OF SILICON MICROSPHERES IN PV PANELTO INSULATE ANODE AND CATHODE CONDUCTORS)。图6及7。马克M.洛文塔尔(Mark M.Lowenthal)、特里西娅A.杨布尔(Tricia A.Youngbull)、郑立新(Lixin Zheng)。
1.一种用于形成太阳能电池结构的方法，其包括：
在大气压下在衬底上沉积多个半导体粒子，所述粒子具有用于暴露于阳光以产生电力的顶部表面部分且具有底部表面部分；
提供电接触所述底部表面部分的第一导体，所述底部表面部分具有第一导电性类型；
在所述第一导体上方及在所述粒子的所述顶部表面部分上方沉积电介质层；
通过毛细管作用用芯吸方法使实质上所有所述电介质层与所述顶部表面部分分离以便沿着所述粒子的边缘汇集；
在大气压下在所述顶部表面部分上方沉积第一材料层，所述第一材料层含有第二导电性类型的掺杂剂；
加热所述第一材料层以用所述第二导电性类型的所述掺杂剂掺杂所述顶部表面部分；
在大气压下移除所述第一材料层；及
在电接触所述顶部表面部分的所述电介质层上方沉积第二导体。
2.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中所述加热所述第一材料层以用所述第二导电性类型的所述掺杂剂掺杂所述顶部表面部分的步骤包括使用激光器来加热所述第一材料层。
蚀刻PV面板中的硅二极管以暴露用于导体触点的其内核心(ETCHING SILICONDIODES IN PV PANEL TO EXPOSE THEIR INNER CORE FOR CONDUCTORCONTACT)。图17到20。特里西娅A.杨布尔(Tricia A.Youngbull)、西奥多I.卡明斯(Theodore I.Kamins)。
1.一种用于形成太阳能电池结构的方法，其包括：
在衬底上沉积适于将太阳光转换为电力的多个二极管，所述二极管具有用于暴露于阳光的顶部表面部分且具有底部表面部分，
其中在沉积所述多个二极管之前，所述二极管具有：核心部分，其具有第一导电性类型；及外壳体，其具有另一导电性类型；
蚀刻所述二极管的所述顶部表面部分以移除所述外壳体的一部分以暴露所述核心部分；
在所述底部表面部分处提供电接触所述外壳体的第一导体；
在至少围绕所述二极管的所述第一导体上方沉积电介质层；及
沉积电接触所述所暴露核心部分的第二导体。
2.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中所述二极管具有小于300微米的平均直径。
3.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中所述二极管在沉积于所述衬底上之前具有n+型外壳体及p型或固有核心。
4.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中所述二极管在沉积于所述衬底上之前具有p型外壳体及n型或固有核心。
5.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中所述二极管在沉积于所述衬底上之前具有p+型外壳体及p型或固有核心。
6.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中所述二极管在沉积于所述衬底上之前具有n+型外壳体及n型或固有核心。
7.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其进一步包括在已沉积所述二极管之后掺杂所述外壳体或所述核心。
8.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中所述第一导体是在沉积所述多个二极管之前形成于所述衬底上的金属层，且所述二极管的所述底部表面部分电接触所述金属层。
9.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中所述第一导体是在沉积所述多个二极管之后形成于所述衬底上的金属层。
10.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中所述第二导体是沉积于所述所暴露核心部分上方的透明导体层。
11.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中通过印刷而沉积所述二极管。
12.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中所述蚀刻所述顶部表面部分、提供所述第一导体、沉积所述电介质层及沉积所述第二导体的步骤均在不遮蔽所述二极管的情况下执行且在大气压下执行。
13.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中所述二极管是实质上球形的且具有小于300微米的平均直径。
14.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中所述衬底包括为所述第一导体的金属层。
15.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中所述二极管在沉积于所述衬底上之前具有n+类型外壳体及p型核心，所述方法进一步包括：
在蚀刻所述二极管的所述顶部表面部分以暴露所述核心部分之后，在所述二极管上方沉积含铝层；
加热所述含铝层以进一步对所述所暴露核心部分进行p+掺杂；及
蚀刻所述含铝层以暴露所述二极管的所述顶部表面部分以形成所述第一导体。
16.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其进一步包括在所述二极管的所述顶部表面部分上方沉积液体透镜材料及使所述透镜材料固化以形成具有符合所述二极管的所述顶部表面部分的底部表面的透镜。
17.一种太阳能电池结构，其包括：
多个二极管，其在衬底上，适于将太阳光转换为电力，所述二极管具有用于暴露于阳光的顶部表面部分且具有底部表面部分，所述二极管具有：核心部分，其具有第一导电性类型；及外壳体，其具有另一导电性类型；
所述二极管的所述顶部表面部分，其被蚀刻掉以移除所述外壳体的一部分以暴露所述核心部分；
第一导体层，其在所述底部表面部分处电接触所述外壳体；
电介质层，其在至少围绕所述二极管的所述第一导体上方；及
第二导体层，其在电接触所述所暴露核心部分的所述电介质层上方。
18.在本发明技术方案17的发明的基础上的结构，其中所述二极管具有小于300微米的平均直径。
19.在本发明技术方案17的发明的基础上的结构，其中所述二极管具有n+型外壳体及p型核心。
20.在本发明技术方案17的发明的基础上的结构，其中所述二极管具有p型外壳体及n型或固有核心。
21.在本发明技术方案17的发明的基础上的结构，其中所述二极管具有p+型外壳体及p型或固有核心。
22.在本发明技术方案17的发明的基础上的结构，其中所述二极管具有n+型外壳体及n型或固有核心。
23.在本发明技术方案17的发明的基础上的结构，其中所述第一导体是形成于所述衬底上的金属层，且所述二极管部分嵌入所述金属层中。
24.在本发明技术方案17的发明的基础上的结构，其中所述第二导体层是沉积于所述所暴露核心部分上方的透明导体层。
25.在本发明技术方案17的发明的基础上的结构，其进一步包括在所述二极管的所述顶部表面部分上方的透镜，所述透镜作为液体而沉积且经固化，从而致使所述透镜具有符合所述二极管的所述顶部表面部分的底部表面。
将半导体球体沉积于未固化含铝层中以形成球体的实质上紧密堆积的单层(DEPOSITING SEMICONDUCTOR SPHERES IN AN UNCUREDALUMINUM-CONTAINING LAYER TO FORM A SUBSTANTIALLY CLOSEDPACKED MONOLAYER OF SPHERES)。图3到10。马克M.洛文塔尔(Mark M.Lowenthal)、爱德华W.卡尔斯(Edward W.Kahrs)、薇拉N.洛基特(Vera N.Lockett)、威廉J.雷(William J.Ray)、霍华德纳尔逊(Howard Nelson)、特里西娅A.杨布尔(Tricia A.Youngbull)。
1.一种用于形成太阳能电池结构的方法，其包括：
提供实质上扁平衬底；
在所述衬底上方沉积含铝层，所述含铝层是未固化的；
在所述未固化含铝层上沉积多个半导体粒子，使得所述粒子部分嵌入所述含铝层中，所述粒子具有用于暴露于阳光以产生电力的顶部表面部分且具有底部表面部分；
加热所述含铝层以至少部分地烧结所述含铝层，所述底部表面部分具有第一导电性类型，其中所述含铝层是电接触所述底部表面部分的导体，其中所述半导体粒子在所述含铝层上方形成单层；
在所述含铝层的所暴露部分上方沉积电介质层；及
在电接触所述顶部表面部分的所述电介质层上方沉积导体，所述顶部表面部分具有第二导电性类型，
其中至少在所述于所述电介质层上方沉积所述导体的步骤之后，所述半导体粒子是适于将太阳光转换为电力的多个二极管。
2.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中使用涂覆方法将所述多个半导体粒子组装于所述未固化含铝层上方的所述单层中。
3.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其进一步包括在原位掺杂所述半导体粒子的所述顶部表面部分以形成二极管。
4.在本发明技术方案3的发明的基础上的方法，其中用n型掺杂剂掺杂所述顶部表面部分。
5.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中所述半导体粒子在最初沉积于所述未固化含铝层上时为p型。
6.在本发明技术方案5的发明的基础上的方法，其进一步包括在所述顶部表面部分上方沉积磷层且加热所述磷层以使n型掺杂剂扩散到所述顶部表面部分中。
7.在本发明技术方案6的发明的基础上的方法，其进一步包括在于所述电介质层上方沉积所述导体之前移除所述磷层。
8.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中加热所述含铝层使p型掺杂剂扩散到所述半导体粒子的所述底部表面部分中。
9.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中所述半导体粒子是具有为所述第一导电性类型的核心部分及为所述第二导电性类型的外壳体的二极管。
10.在本发明技术方案9的发明的基础上的方法，其进一步包括蚀刻掉所述半导体粒子的顶部表面以在沉积所述导体之前暴露所述核心部分，其中所述导体接触所述核心部分。
11.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中所述半导体粒子是具有为所述第二导电性类型的核心部分及为所述第一导电性类型的外壳体的二极管。
12.在本发明技术方案11的发明的基础上的方法，其进一步包括蚀刻掉所述半导体粒子的顶部表面以在沉积所述导体之前暴露所述核心部分，其中所述导体接触所述核心部分。
13.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中所述导体是透明导体。
14.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中所述半导体粒子是实质上球形的且具有小于300微米的平均直径。
15.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中所述衬底是电介质。
16.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中所述衬底是导电的。
17.一种太阳能电池结构，其包括：
实质上扁平衬底；
含铝层，其在所述衬底上方，所述含铝层在沉积时是未固化的；
多个半导体粒子，其部分嵌入所述未固化含铝层中，所述粒子具有用于暴露于阳光以产生电力的顶部表面部分且具有底部表面部分，所述含铝层经加热以至少部分地烧结所述含铝层，所述底部表面部分具有第一导电性类型，其中所述含铝层是电接触所述底部表面部分的导体；
电介质层，其在所述含铝层的所暴露部分上方；及
导体，其在电接触所述顶部表面部分的所述电介质层上方，所述顶部表面部分具有第二导电性类型，
其中所述半导体粒子是适于将太阳光转换为电力的多个二极管。
18.在本发明技术方案17的发明的基础上的结构，其中所述多个半导体粒子组装于所述含铝层上方的单层中。
19.在本发明技术方案17的发明的基础上的结构，其中所述顶部表面部分掺杂有n型掺杂剂且所述底部表面部分为p型。
20.在本发明技术方案17的发明的基础上的结构，其中所述半导体粒子是具有为所述第二导电性类型的核心部分及为所述第一导电性类型的外壳体的二极管。
21.在本发明技术方案17的发明的基础上的结构，其中所述半导体粒子是实质上球形的且具有小于300微米的平均直径。
22.在本发明技术方案17的发明的基础上的结构，其中所述衬底是电介质。
23.在本发明技术方案17的发明的基础上的结构，其中所述衬底是导电的。
PV面板中的硅微球体中的低温背面场形成(LOW TEMPERATURE BACKSURFACE FIELD FORMATION IN SILICON MICROSPHERES IN A PV PANEL)。图3到6。特里西娅A.杨布尔(Tricia A.Youngbull)、西奥多I.卡明斯(Theodore I.Kamins)、薇拉N.洛基特(Vera N.Lockett)、马修格斯(Matthew Gess)。
1.一种用于形成太阳能电池结构的方法，其包括：
提供实质上扁平衬底；
在所述衬底上方沉积含铝层，所述含铝层是未固化的；
在所述未固化含铝层上沉积多个半导体粒子，使得所述粒子部分嵌入所述含铝层中，所述粒子具有用于暴露于阳光以产生电力的顶部表面部分且具有底部表面部分；
加热所述含铝层以使p型掺杂剂扩散到所述底部表面部分中以形成背面场，其中所述含铝层是电接触所述底部表面部分的导体，其中所述半导体粒子在所述含铝层上方形成单层；
在所述含铝层的所暴露部分上方沉积电介质层；及
在电接触所述顶部表面部分的所述电介质层上方沉积导体，所述顶部表面部分具有第二导电性类型，
其中至少在所述于所述电介质层上方沉积所述导体的步骤之后，所述半导体粒子是适于将太阳光转换为电力的多个二极管。
在PV面板中的半导体球体上方沉积掺杂层且使用激光退火来扩散掺杂剂(DEPOSIT DOPING LAYER OVER SEMICONDUCTOR SPHERESIN A PV PANEL ANDDIFFUSING DOPANTS USING LASER ANNEALING)。图8到10。特里西娅A.杨布尔(Tricia A.Youngbull)、理查德A.布兰查德(Richard A.Blanchard)、西奥多I.卡明斯(Theodore I.Kamins)、威廉J.雷(William J.Ray)。
1.一种用于形成太阳能电池结构的方法，其包括：
在大气压下在衬底上沉积多个半导体粒子，所述粒子具有用于暴露于阳光以产生电力的顶部表面部分且具有底部表面部分；
提供电接触所述底部表面部分的第一导体，所述底部表面部分具有第一导电性类型；
在所述第一导体上方沉积电介质层；
在大气压下在所述顶部表面部分上方沉积第一材料层，所述第一材料层含有第二导电性类型的掺杂剂；
加热所述第一材料层以用所述第二导电性类型的所述掺杂剂掺杂所述顶部表面部分；
在大气压下移除所述第一材料层；及
在电接触所述顶部表面部分的所述电介质层上方沉积第二导体。
2.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中所述第一材料层包括磷，且所述第二导电性类型的所述掺杂剂是n型掺杂剂。
3.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中所述第一导体是金属层。
4.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中所述提供所述第一导体的步骤包括在所述衬底上方沉积含铝层，所述含铝层是未固化的，且其中所述沉积所述多个半导体粒子的步骤包括：
在所述未固化含铝层上沉积所述多个半导体粒子，使得所述粒子部分嵌入所述含铝层中；及
加热所述含铝层以至少部分地烧结所述含铝层且用p型掺杂剂掺杂所述底部表面部分。
5.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中所述第一导体是金属层，且所述多个半导体粒子使用印刷工艺组装于所述金属层上方的单层中。
6.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中所述半导体粒子在最初沉积于所述衬底上时为p型，其中所述加热所述第一材料层的步骤用n型掺杂剂掺杂所述顶部表面部分以将所述半导体粒子转换为二极管。
7.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中所述第二导体是透明导体。
8.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中所述半导体粒子具有小于300微米的平均直径。
9.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中所述衬底是电介质且所述第一导体是所述衬底上方的金属层。
10.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中所述衬底是实质上扁平的，其中所述第一导体是所述衬底上方的金属层，其中所述半导体粒子具有小于300微米的平均直径，且其中所述在所述衬底上沉积所述多个半导体粒子的步骤包括在所述金属层上印刷所述半导体粒子。
11.在本发明技术方案10的发明的基础上的方法，其中所述半导体粒子随机地位于所述金属层上方。
12.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中所述沉积所述多个半导体粒子的步骤、所述提供所述第一导体的步骤、所述沉积所述第一层的步骤及所述沉积所述第二导体的步骤均全部通过印刷而执行。
13.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中不存在所述方法中所涉及的遮蔽步骤。
14.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中所述在所述第一导体上方沉积所述电介质层的步骤还包括在所述粒子的所述顶部表面部分上方沉积所述电介质层，及通过毛细管作用用芯吸方法使实质上所有所述电介质层与所述顶部表面部分分离以便沿着所述粒子的边缘汇集。
15.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中所述加热所述第一材料层以用所述第二导电性类型的所述掺杂剂掺杂所述顶部表面部分的步骤包括使用激光器来加热所述第一材料层。
16.一种太阳能电池结构，其包括：
衬底；
多个半导体粒子，其在所述衬底上，所述粒子具有用于暴露于阳光以产生电力的顶部表面部分且具有底部表面部分，所述粒子具有第一导电性类型，其中所述粒子的所述顶部表面部分在原位经掺杂为第二导电性类型，所述顶部表面部分在其上方不具有掺杂层；
第一导体，其电接触所述底部表面部分，所述底部表面部分具有所述第一导电性类型；
电介质层，其在所述第一导体上方；及
第二导体，其在电接触所述顶部表面部分的所述电介质层上方，
其中所述半导体粒子是适于将太阳光转换为电力的多个二极管。
17.在本发明技术方案16的发明的基础上的结构，其中所述第一导体是金属层且所述半导体粒子组装于所述金属层上方的单层中。
18.在本发明技术方案16的发明的基础上的结构，其中所述顶部表面部分掺杂有n型掺杂剂且所述底部表面部分为p型。
19.在本发明技术方案16的发明的基础上的结构，其中所述半导体粒子是实质上球形的且具有小于300微米的平均直径。
20.在本发明技术方案16的发明的基础上的结构，其中所述第二导体是透明导体。
21.在本发明技术方案16的发明的基础上的结构，其中所述衬底是电介质且所述第一导体是所述衬底上方的金属层。
用芯吸方法使电介质层与半导体球体的顶部分离且掺杂PV面板中的所暴露球体(WICKING DIELECTRIC LAYER OFF TOPS OF SEMICONDUCTOR SPHERES ANDDOPING EXPOSED SPHERES IN PV PANEL)。图6到10。特里西娅A.杨布尔(Tricia A.Youngbull)、西奥多I.卡明斯(Theodore I.Kamins)、理查德A.布兰查德(Richard A.Blanchard)。
1.一种用于形成太阳能电池结构的方法，其包括：
在大气压下在衬底上沉积多个半导体粒子，所述粒子具有用于暴露于阳光以产生电力的顶部表面部分且具有底部表面部分；
提供电接触所述底部表面部分的第一导体，所述底部表面部分具有第一导电性类型；
在所述第一导体上方及在所述粒子的所述顶部表面部分上方沉积电介质层；
通过毛细管作用用芯吸方法使实质上所有所述电介质层与所述粒子的所述顶部表面部分分离以便沿着所述粒子的边缘汇集；
在大气压下在所述顶部表面部分上方沉积第一材料层，所述第一材料层含有第二导电性类型的掺杂剂；
加热所述第一材料层以用所述第二导电性类型的所述掺杂剂掺杂所述顶部表面部分；
在大气压下移除所述第一材料层；及
在电接触所述顶部表面部分的所述电介质层上方沉积第二导体。
2.在本发明技术方案1的发明的基础上的方法，其中所述加热所述第一材料层以用所述第二导电性类型的所述掺杂剂掺杂所述顶部表面部分的步骤包括使用激光器来加热所述第一材料层。

Claims (32)

1.一种太阳能电池结构，其包括：
一或多个二极管，其在衬底上，适于将太阳光转换为电力，所述二极管具有用于暴露于阳光的第一表面部分，所述二极管具有由具有第一折射率的第一材料形成的外表面；
第一透镜层，其上覆所述第一表面部分，所述第一透镜层包括具有小于300nm的平均第一直径的透明第一粒子，所述第一粒子具有小于所述第一折射率的第二折射率；及
第二透镜层，其上覆所述第一透镜层，所述第二透镜层包括具有大于所述第一直径的平均第二直径的透明第二粒子，所述第二粒子具有小于所述第二折射率的第三折射率。
2.根据权利要求1所述的结构，其中所述第一粒子具有介于50nm到300nm之间的平均直径。
3.根据权利要求1所述的结构，其中所述第一粒子具有大于或等于1.7的折射率。
4.根据权利要求3所述的结构，其中所述第一粒子经掺杂以具有介于1.7到2.4之间的折射率。
5.根据权利要求3所述的结构，其中所述第一粒子被灌注于具有小于1.7的折射率的第一聚合物中。
6.根据权利要求3所述的结构，其中所述第二粒子具有小于或等于1.43的折射率。
7.根据权利要求3所述的结构，其中所述第二粒子被灌注于具有大约等于所述第二粒子的所述折射率的折射率的第二聚合物中。
8.根据权利要求1所述的结构，其中所述第二透镜层形成大约半球形透镜。
9.根据权利要求1所述的结构，其进一步包括具有不同折射率的一或多个额外透镜层以形成较精细渐变透镜以进一步减小反射。
10.根据权利要求1所述的结构，其中所述第一粒子及所述第二粒子是经掺杂玻璃粒子。
11.根据权利要求1所述的结构，其进一步包括沉积于所述第一表面部分上方的量子点层，所述量子点层将所述太阳光的UV波长转换为所发射可见波长，其中所述一或多个二极管将所述所发射可见波长转换为电力，其中所述第一透镜层及所述第二透镜层形成于所述量子点层上方。
12.根据权利要求1所述的结构，其中所述一或多个二极管包括衬底上的多个硅球体，所述二极管具有第一导电性类型的顶部表面及第二导电性类型的底部表面，所述第一透镜层及所述第二透镜层沉积于所述二极管的所述顶部表面上方。
13.根据权利要求1所述的结构，其中所述第一透镜层符合所述二极管的所述第一表面部分的轮廓，且其中所述第二透镜层符合所述第一透镜层的顶部表面。
14.一种太阳能电池结构，其包括：
一或多个二极管，其在衬底上，适于将太阳光转换为电力，所述二极管具有用于暴露于阳光的第一表面部分，所述二极管具有由具有第一折射率的第一材料形成的外表面；
单个透镜层，其上覆所述第一表面部分，所述透镜层包括具有小于300nm的平均第一直径的透明第一粒子，所述粒子具有小于所述第一折射率的第二折射率；且
所述透镜层进一步包括具有小于所述第二折射率的第三折射率的粘结剂材料，所述粘结剂材料含有所述第一粒子，
其中与所述第一粒子在距所述二极管的所述第一表面部分较远处的密度相比，所述第一粒子在接近于所述第一表面部分处具有较高密度，以致使所述透镜在接近所述第一表面部分处具有高于距所述第一表面部分较远处的折射率的折射率，
且其中所述透镜层符合所述二极管的所述第一表面部分的轮廓。
15.根据权利要求14所述的结构，其中所述粒子具有介于50nm到300nm之间的平均直径。
16.根据权利要求14所述的结构，其中所述粒子具有大于或等于1.7的折射率。
17.根据权利要求14所述的结构，其中所述粒子经掺杂以具有介于1.7到2.4之间的折射率。
18.根据权利要求14所述的结构，其中所述粒子被灌注于具有小于1.7的折射率的第一聚合物中。
19.根据权利要求14所述的结构，其中所述粒子是经掺杂玻璃粒子。
20.根据权利要求14所述的结构，其进一步包括沉积于所述第一表面部分上方的量子点层，所述量子点层将所述太阳光的UV波长转换为所发射可见波长，其中所述一或多个二极管将所述所发射可见波长转换为电力，其中所述透镜层形成于所述量子点层上方。
21.根据权利要求14所述的结构，其中所述一或多个二极管包括衬底上的多个硅球体，所述二极管具有第一导电性类型的顶部表面及第二导电性类型的底部表面，所述透镜层沉积于所述二极管的所述顶部表面上方。
22.根据权利要求14所述的结构，其中所述粘结剂材料还含有具有小于所述第二折射率且大于所述第三折射率的第四折射率的第二粒子，所述第一粒子在接近所述二极管的所述第一表面部分处的浓度大于所述第二粒子的浓度以形成渐变折射率透镜层。
23.一种形成太阳能电池结构的方法，其包括：
在衬底上沉积适于将太阳光转换为电力的多个硅二极管，所述二极管具有用于暴露于阳光的第一表面部分，所述二极管具有由具有第一折射率的第一材料形成的外表面；
沉积上覆所述第一表面部分的第一透镜层，所述第一透镜层包括具有小于300nm的平均第一直径的透明第一粒子，所述第一粒子具有小于所述第一折射率的第二折射率；及
沉积上覆所述第一透镜层的第二透镜层，所述第二透镜层包括具有大于所述第一直径的平均第二直径的透明第二粒子，所述第二粒子具有小于所述第二折射率的第三折射率。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述第一粒子具有介于20nm到300nm之间的平均直径。
25.根据权利要求23所述的方法，其中所述第一粒子具有大于或等于1.7的折射率。
26.根据权利要求23所述的方法，其中所述第一粒子经掺杂以具有大约1.7到1.9的折射率。
27.根据权利要求23所述的方法，其中将所述第一粒子灌注于具有小于1.7的折射率的第一聚合物中。
28.根据权利要求23所述的方法，其中所述第二粒子具有小于或等于1.43的折射率。
29.根据权利要求23所述的方法，其中将所述第二粒子灌注于具有大约等于所述第二粒子的所述折射率的折射率的第二聚合物中。
30.根据权利要求23所述的方法，其中所述第二透镜层形成大约半球形透镜。
31.根据权利要求23所述的方法，其中所述第一粒子及所述第二粒子是经掺杂玻璃粒子。
32.根据权利要求23所述的方法，其进一步包括在所述第一表面部分上方沉积量子点层，所述量子点层将所述太阳光的UV波长转换为所发射可见波长，其中所述一或多个二极管将所述所发射可见波长转换为电力，其中所述第一透镜层及所述第二透镜层形成于所述量子点层上方。
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