CN105378944A - 构造光敏装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及构造光敏装置的方法，包括：－第一准备步骤，在基层(3)上准备至少一个光敏第一部分(1)，其在一定的波长范围内是起作用的，所述第一部分(1)被非光敏的第二部分(2)围绕，材料(8)覆盖了第一部分(1)，其可通过电化学工艺选择性地设置于亲水层中。第二部分(2)包括位于与基层相对的上表面上的疏水性材料，该方法进一步包括下面的步骤：－在所述第一部分(1)和第二部分(2)的上表面上，喷洒包括透明材料的液体，以及－在所述第一部分上方形成包含所述材料的聚光镜(4，14)。

Description

构造光敏装置的方法

技术领域

本发明涉及安装有聚光系统的光电装置的领域。

背景技术

采用诸如光电探测器、发光二极管(LED)或光伏装置的光电装置的技术，可以通过聚光系统的使用而使用较少的材料来制造光敏部分而得益。

采用聚光系统的装置与没有采用这种系统的装置相比，其需要较少的半导体材料来产生指定的电能或照明指定区域。在光伏电池的情况下，聚光系统的使用得以利用较低成本的光吸收材料来获得较高的转换效率。

聚光光学系统与光敏装置的对齐难以达成。传统上，这种对齐涉及诸如相机控制那样的成像方法，这是一种昂贵的方法。

一般来说，光学系统与光敏电池的对齐是一个电池一个电池地对应完成的。这种顺序对齐方法涉及精密机器人，它们通常也用于将电池定位在主基层上。这种技术的缺点在于，由于透镜和由此的电池数量增加而使该技术变得昂贵且执行时间较长。

一些制造商提出了一种现有技术的光刻法步骤来方便这些“二级”光系统对齐，在这些电池上与光感电池相接触。二级光学系统通常是透镜，放在光敏电池上，并结合较大的“初级”透镜使用。初级透镜定位在电池上方，相距的距离基本上对应于其焦距。这个方法的缺点在于需要内在的对齐，从而在适宜地方限定出光刻图案，并将光敏电池的几何形状考虑在其中。

因此有需要研发一种方法，其简化了聚光系统与光敏装置的对齐步骤。

发明内容

为此目的，本发明提出了一种方法，该方法提供了聚光系统在光敏电池上的自对齐。

更特别地，本发明提出了一种构造光敏装置的方法，包括：

－第一步骤，其在基层上准备至少光敏的第一部分。这种光敏第一部分在特定波长范围内是起作用的。第二非光敏部分绕着第一光敏部分。

然后，盖住与基层相对的第一部分上表面的材料，可通过电化学工艺选择性地设置在直接位于第一光敏部分上方的亲水层中，而第二部分包括位于与基层相对的上表面上的疏水材料。

这种方法进一步包括以下步骤：

－喷洒步骤，在第一和第二部分的全部上表面上喷洒包括某种材料的液体溶液，这种材料在第一部分起作用的波长范围内是透明的，以及

－形成步骤，在第一部分上形成包括透明材料的会聚透镜。

这种方法因此包括用亲水材料覆盖光敏部分上表面的第一步骤，而围绕的非光敏部分具有疏水的上表面。亲水和疏水表面之间的这种反差，有选择性地在第一光敏部分和第二非光敏部分之间分开，让液体溶液得以在第二步骤中沉积，从而形成液滴，优选地在亲水表面上方，因此也就是在光敏部分上方。术语“喷洒”要被理解为广义的，并可以包括施加液体溶液的多种方法，比如浸渍、雾化、或旋涂。由此形成的液滴形成了聚光系统，特别地形成了聚光镜。光学系统与光敏部分的对齐因此是立即的。因此这种方法消除了对昂贵对齐装置以及逐一定位透镜的装置的需要。

这种方法的另一个优势在于，表面的亲水和疏水组织结构可不需要任何对齐或蚀刻步骤。第一部分的上表面可以选择性地提供为更加亲水或者不太亲水。术语“选择性地”提供更加或者不太亲水意味着，在执行电化学处理的时候不使用遮盖，这样的处理可以直接在第一光敏部分上获得亲水层。可以制造这种亲水层的选择性性能，是由于第一光敏部分的导电性能，这个第一部分与第二、电中性部分性能相反。

可以考虑各种电化学工艺，将覆盖第一部分的材料设置到亲水层里面。比如，这种亲水层可以通过电沉积而获得，由于这些第一部分的导电性能，可选择性地在第一光敏部分上完成。作为替换，也可以沉积一种开始是疏水性的材料来覆盖第一和第二部分，并通过施加电压而对第一光敏部分进行处理。这种处理使得只有在第一光敏部分正上方的材料才会选择性地亲水。

有利地，亲水材料可选择性地沉积在与第一光敏部分基层相对的上表面上。沉积的优势在于，可以选择性地定位在第一或第二部分上方。比如，当第一光敏部分导电的时候，亲水材料可以选择性地电沉积在与第一光敏部分基层相对的上表面上。

也有可能的是，与基层相对的第一部分上表面也可以在处理之后提供亲水性。确实，能够调整沉积在第一光敏部分上材料的亲水性能是有利的，从而可以让其亲水性与第二非光敏部分的亲水性区分开。可替换地，修改沉积材料亲水性能的这种可能性，可考虑这样一个实施例，其中，第一和第二部分的上表面被相同材料覆盖，且其中，一种处理，比如电处理，选择性地仅在直接位于第一光敏部分上方的区域中提供了亲水性。

术语亲水性在本文中是指能够在表面上形成液膜的能力，该表面接触角例如小于90°。这种性能不限于特定类型的液体。同样的，术语疏水性在本文中是指能够在表面上形成液膜，该表面接触角例如大于90°。

该方法优选地包括沉积材料，该材料在与第一部分中基层相对的上表面上具有亲水性。

所沉积材料的亲水性要在其最宽泛的含义上诠释，即，所沉积的材料可以是本身固有亲水性的，或经过处理提供亲水性。同样地，能够调整所沉积材料的亲水性。

在另一个实施例中，与第一部分的基层相对的上表面可以在处理之后提供亲水性。

比如，可以在第一和第二部分的上表面上沉积相同材料，然后进行电化学处理，这种处理仅仅在第一光敏部分直接正上方的材料上选择性地提供亲水性。

实际上，多种材料可以用于覆盖第一光敏部分的上表面。

特别地，使用宽带隙氧化物是有利的，比如，ZnO，掺杂ZnO，或TiO₂。这些材料特别适于本发明的方法，因为在光敏区域上的这些氧化物的选择性沉积，是一种快速并且廉价的处理过程。比如，专利FR2934611公开了在光伏电池吸收器上表面上选择性地电沉积ZnO的方法，这些吸收器在照明的时候是导电的。然后有利的是具有第二非光敏部分，其上表面是电绝缘材料。

宽带隙氧化物有利地承受了处理步骤，在它们的上表面喷洒液体溶液之前暴露到紫外辐射。第一光敏部分上表面的这种暴露，由于上表面涂覆有宽带隙氧化物，增加了宽带隙氧化物上表面的亲水性。这个步骤准备的上表面接收液体溶液，这些溶液在亲水材料上形成液滴。要注意到，这种暴露到紫外辐射的处理也不需要使用罩。围绕着亲水材料的疏水区域其亲水性不会受暴露于紫外辐射的影响。

在喷洒液体溶液步骤之前处理第一光敏部分上表面的这个处理步骤也可以通过施加电势来完成，因此会有电流通过。这种包括电势的选择性施加的处理增加了直接位于第一光敏部分上方的材料的亲水性。这种处理开发了盖住第一光敏部分的材料性能，至少部分地导电。

这两种电磁处理因此有选择地增加直接位于第一光敏部分上方的材料的亲水性。

可替换地，可以利用将至少一层抗反射层沉积在第一光敏部分上表面上。抗反射层可由多层堆叠而成，它们可以是氧化物。一层或多层抗反射层的使用减少了反射到聚光系统上的入射光比例，因此增加了第一光敏部分接收到的光量。这层或多层抗反射层设置为可选择性地沉积在第一光敏部分的上表面上，并具有亲水的暴露的上表面。

沉积在暴露上表面上的液体溶液直接位于第一部分和第二部分上方，该液体溶液可选自多种液体溶液。

有利地，液体溶液包括硬化材料，比如单体。

比如，其可包括光敏树脂，该种树脂在可见光谱中是透明的，并具有较高折射率。这种光敏树脂的示例为光致抗蚀剂SU8，或光致抗蚀剂它可以具有硬化液体溶液以形成位于第一部分上方的会聚透镜的步骤。这可涉及硬化步骤，通过热处理，或将第一部分的包含液体溶液液滴的上表面暴露到紫外辐射。这个步骤在将液体溶液喷洒在第一和第二部分露出的上表面上之后才发生。这种硬化固定了在第一部分上方的透镜的外形，并保证透镜和第一光敏部分上方亲水上表面之间的永久接触。硬化步骤也可以在限定透镜的形状方面提供额外的自由度，因为某些固化过程的特性会影响这种形状。比如，热退火法就是这种情况。

第一光敏部分可需要电触片的存在。这些触片例如可以在基层上形成第一和第二部分的第一步骤以及喷洒步骤之间沉积。这些触片通常是呈与第一部分接触的亲水金属层的形式。可替换地，金属触片的沉积可以在形成第一和第二部分的第一步骤期间完成。

这些亲水电触片存在的优势在于，它们延伸了在喷洒第一光敏部分的步骤之后形成的液滴的表面。确实能够使用电触片来增加形成在第一部分上方的透镜的尺寸。从该方法获得的聚光装置收集到的光量继而足够使用形成为初级光学系统的透镜。这简化了构造包括如此光敏电池的板的方法。

本发明的方法有多种可能的应用。

特别地可以在光敏电池上应用，在该情形中，第一光敏部分是光敏电池的光吸收器。

第二非光敏部分优选地是电绝缘器。聚合物膜的电绝缘器提供了具有疏水表面的优点。诸如稀土陶瓷或稀土氧化物的其他材料也可以考虑用作疏水电绝缘器。

一旦透镜在光敏电池上形成，可以通过沉积材料涂层来加厚，该材料在光敏电池起作用的波长范围内是透明的。

这涂层用作隔层，因而增加了光收集表面。隔层也增加了透镜上表面和直接与透镜成一直线的光敏电池之间的间距。这可优化光敏电池上透镜焦点的位置。

该方法也可在工业规模上应用，用以构造包括多个光敏部分的聚光装置。那么第一步骤包括在基层上准备第一部分阵列，它们在波长范围内是起作用的，并且通过第二非光敏部分相互隔开。

光敏部分阵列的形成可以通过使用较少原材料的工艺来完成。特别地，在第一个步骤过程中，在包含第二部分的基层上执行第一部分的选择性沉积是有利的。可替换地，可以在基层上沉积第一光敏部分，然后沉积第二部分(多个)。

本发明的方法可以产生聚光光电装置，其中，与通过本领域技术人员已知的技术获得的装置相比，透镜与光敏区域的上方对齐更为精准。

本发明因此还提出了一种光敏装置，其在基层上包括：

－至少一个第一光敏部分，其在一定波长范围内起作用，

－第二非光敏部分，其绕着第一部分。

光敏装置具有明显的特征，第一部分包括选择性地布置在直接位于第一光敏部分上方的亲水层中的材料，该亲水层通过电化学工艺沉积在与基层相对的上表面上，而与第二部分基层相对的上表面包括了疏水材料。

此外，形成在亲水材料上表面上的会聚透镜的光轴垂直于基层，与第一部分的几何中心对齐。这个光轴和第一部分几何中心之间的错误对齐可以小于一毫微米。

透镜光轴与第一光敏部分几何中心之间的这种微小的错误对齐可以比涉及相机和精密机器人的对齐技术所能保证的错误对齐还要小。精密机器人可以约100nm的间隔精确定位透镜。本发明的方法让透镜与光敏部分对齐时，透镜光轴和光敏部分几何中心之间的错误对齐小于纳米。从该方法获得的装置因此在透镜尺寸较小的情况下，比如大小为微米，特别有效。

由上述方法获得的装置为直径小于100微米的大体上圆形的透镜提供了特别有利的光学质量。由于这样的透镜尺寸，透镜光轴相对于光敏部分几何中心的错误对齐可以导致会降低光敏部分上聚光质量的异常，。

附图说明

参考附图，本发明的其他特征和优势将从以下对一些示例实施例的详细说明中变得清晰，所述实施例是借助于图示给出的，且毫无限制意义，附图中：

－图1显示了可以通过本发明的方法获得的示例装置；

－图2a，2b和2c示出了根据本发明第一实施例构造光敏部分的方法的步骤，该光敏部分安装有透镜，并被非光敏部分围绕；

－图3示出了根据第二实施例的本发明方法所获得的装置；

－图4a，4b和4c示出了根据本发明第三实施例构造光敏部分的方法的步骤，该光敏部分安装有透镜，并被非光敏部分围绕；

－图5a和5b示出了根据本发明第四实施例构造光敏部分的方法的步骤，该光敏部分安装有透镜，并被非光敏部分围绕；

－图6a和6b示出了根据本发明第五实施例构造光敏部分的方法的步骤，该光敏部分安装有透镜，并被非光敏部分围绕；

－图7示出了根据本发明第六实施例构造光敏部分的方法的步骤，该光敏部分安装有透镜，并被非光敏部分围绕；

为清楚起见，附图中所示各个元件的尺寸不必要按照它们实际尺寸按比例示出。附图中相同的附图标记对应相同的元件。

具体实施方式

如图1所示，本发明的目的主要涉及具有聚光效果的光敏系统的构造。这种系统，比如，可以是装置的阵列，这些装置比如是光伏电池1，通过金属触片5电连接。光伏电池被设计为较小，降低了生产成本并允许使用提供较高能效的材料。这些光伏电池1在其上表面上安装有透镜4，形成了“次级”光学系统。在这些透镜上方，“初级”光学系统104将光线聚焦在透镜4上。这些初级光线系统由于其更宽的表面积而被用于收集较大量的光，并将光聚焦在光伏电池1上。次级光学系统4，位于初级光学系统104下方，使得双水平透镜系统接收角增加，这意味着光伏电池1可以在非正交入射的时候收集更多到达初级光学系统104的光线。因此，初级透镜104收集到更多光，并且系统还收集到经由次级光学系统4不垂直于第一透镜平面104的更多光线。本发明的方法大大有利于次级光学系统、透镜4在光敏电池1上的对齐。

我们首先参考图2a，2b和2c，它们示出了构造光电装置(优选地为光敏装置)的方法的步骤。该方法由如下步骤构成，首选在基层3上构造被第二部分2绕着的第一部分1，如图2a所示。第一部分1在指定波长范围内是起作用的。术语“起作用”被理解为指第一部分1呈现出显著的光敏性或发射光谱。比如，这种显著的光敏性或发射光谱可以呈吸收峰或者发射峰的形式。用于形成这些第一部分1和第二部分2的技术可以是本领域本技术领域内技术人员公知的自下而上的方法，比如电沉积、印刷、或穿过罩的共蒸镀。与基层接触的第一部分1和第二部分2的表面是指下方的下表面。与这个表面相对的表面被称为上表面。

如图2b所示，第一部分1的上表面安装有亲水材料层8。该层8选择性地沉积在第一部分1的上表面上，而不会触碰到第二部分2。

术语亲水性在本文中被用来指形成高湿润性的表面的能力。更特别地说，在下面的说明中，当液体沉淀在上表面上而伴随有接触角小于比如90°的液滴时，这种材料就被考虑为具有亲水性。接触角被限定为在表面和在空气/液体/固体界面处与液滴相切的切线之间的角度。该术语亲水性并不将可润湿表面相关的性质限制到特殊类型的液体，该术语也可以用于表征意欲接收水溶液、油、或任何其他粘性液体的材料。

术语疏水性在本文中用于表征具有某种能力的材料，该材料能够形成比本文中称之为亲水的材料更低可润湿性的表面。特别地，如果一种材料，在其上表面上所沉积液膜的接触角大于比如90°，那么这种材料就被认为是疏水的。

亲水材料层8可以通过多层堆叠而增补，露出的上表面具有亲水性能。比如，这个特别的实施例可以涉及抗反射涂层的情形，其包括具有不同折射率的多层材料。在包括构造光伏电池或光电探测器的方法的这种特别的情况下，第一光敏部分1的电连接应该在这种层的堆叠沉积之前建立。确实，抗反射层通常在电绝缘材料的薄膜表面上形成。也可以让层8具有抗反射性能，而不需要沉积一层或多层的额外层。

应该注意到，第一部分1的形状不一定是圆形。比如可以制造具有细长或长方形形状的第一部分1。沉积在这个第一部分1表面上的亲水层8有利地跟随着这个第一部分1的几何形状。

层8可有利地由选自宽带隙氧化物的材料制成。这些材料已知在UV照射下具有亲水性。特别地，氧化锌(ZnO)，掺杂的氧化锌或氧化钛(TiO₂)以及氧化铟锡(ITO)，都是可能的材料，因为它们具有容易沉积的优点。专利FR2934611公开了一种将ZnO电沉积在Cu(IN，GA)Se₂电池上的方法。特别有利的是，使用本发明的教导，在第一部分1上执行诸如ZnO的宽带隙氧化物的沉积，第一部分然后呈光伏电池的形式。因为照明时光伏电池吸收器的导电性能，ZnO在第一部分1上的电沉积是选择性并可以自对齐。改变这些氧化物粗糙度的很多技术对本领域技术人员来说是已知的，且其亲水性是可以调整的。比如，利用像盐酸水溶液的酸性溶液实施的蚀刻可以增加这些表面氧化物的粗糙度。

为了从应用专利FR2934611的教导而将诸如ZnO的宽带隙氧化物选择性地沉积在第一光敏部分1上获益，特别有利的是，使用作为电绝缘器的第二非光敏部分2。

当选择构成层8的材料使用诸如ZnO那样的宽带隙氧化物时，有利地是，提供将这个层8的上表面暴露给紫外辐射的步骤。这种步骤增加了层8上表面的亲水性。亲水性的增加在本文中对应于沉积在层8上表面上的液滴其接触角的减小。

有利地，用于形成层8的材料选择考虑了这个层的光学性能。特别有利的是，层8在与第一部分1起作用的波长范围相同的的波长内是透明的。

上述步骤形成的装置其所有上表面具有下面的特征：直接位于第一部分1上方露出的表面，在一定的波长范围内是起作用的，其是亲水性的，而第二非光敏部分2正上方的露出表面是疏水性的。

第二非光敏部分2正上方的露出表面其疏水性可以是用于制造第二非光敏部分2的材料其本身固有的性能。比如，在第一部分1为光伏电池的这种特别的应用中，第二非光敏部分2有利地是自然就具有了疏水性的电绝缘器。比如可以选自耐高温的材料或聚合物。

这种绝缘疏水性聚合物膜可以选自光敏树脂(光致抗蚀剂)，诸如SU8，或从聚四氟乙烯衍生出来的化合物。特别有利地可以具有适于高温条件下的材料，当构造第一部分1的时候在退火期间可以到达这种高温条件。这些疏水材料是电绝缘且耐热的，可以选自稀土陶瓷，或如Therma用于密封应用的材料。在稀土陶瓷之中，它们某些可以通过诸如CeO₂或Er₂O₃的薄膜工艺进行沉积。

此外，可以在构造第一光敏部分1之前执行额外的步骤，该步骤将具有疏水性的材料层沉积在第二非光敏部分2的上表面上。这在采用稀土陶瓷的实施例中是有利的。也可以使用堆积的疏水层，比如，传统的无机绝缘层和稀土陶瓷薄层，从而沉积更少的陶瓷。也可以通过在光敏部分1的沉积以及退火之后，以及在ZnO层8沉积之前移植分子，来赋予第二部分2的表面以疏水性。因此，例如诸如十八烷基三氯甲硅烷(OTS)或全氟十二烷基三氯硅烷(PFTS)的聚合物，优选地移植在二氧化硅上，其可用作电绝缘器而形成第二部分2，不用移植在金属触片5或ZnO上。

如图2c所示，该方法包括将液体溶液施加到在此之前步骤中生成的装置的所有上表面上的步骤。这种液体溶液比如可以是水，含有单体的溶液，或含有聚合物的溶液。这种液体溶液的沉积有利地可通过喷洒、喷雾、浸渍或旋涂而完成。

层8上表面和第二非光敏部分2上表面之间亲水性的反差，在之前步骤中形成的装置的所有外露上表面上赋予液体溶液特殊的分布。液体溶液不会粘到疏水表面上，并倾向于流掉而不形成液滴，而在层8的上表面上保持为液滴形式。液滴在层8上表面上的接触角可以根据层8上表面的性能、液体溶液的性能以及周围环境的性能而改变。因此，可以选择液体溶液和沉积条件，并以特定方式构造层8的上表面，从而获得所需形状的液滴。所形成透镜的曲率半径因此是该方法中的可调整参数，该方法特别地可允许调整透镜的焦距。比如，根据液体溶液施加期间所提供的材料数量，液滴可以呈穹顶形或球形的一部分。

在一些应用中，可以通过施加电场而对形成在层8上表面上的液滴给予特定的形状。

有利地，选择液体溶液，使其具有与第一部分1起作用的波长范围兼容的光学性能。该溶液在这个波长范围内透明是有利的。

在液体溶液可以包含的物质之中，可以包括诸如光致抗蚀剂SU8的光敏树脂，其在紫外辐射下聚合，并且在可见光谱下是透明的。

为了固化层8上表面上的液滴形状，可以进行热处理步骤，如加热，或比如，针对光致抗蚀剂，暴露到可固化树脂的辐射前。在光致抗蚀剂SU8的情况下，这就是紫外辐射。

可替换地，在一个特别的实施例中，可以不让沉积在第一部分1上的液滴经历液体-固体的转化。

可以应用本领域技术人员所公知的用来控制以这种方式形成的透镜4形状和光学性能的技术。因此可以调整液体溶液中所含单体或聚合物的成分，从而修改其粘度。也可以连续数次浸渍透镜4，从而让其变得更厚。

为了进一步优化光在第一光敏部分1上的聚光，可以结合上述安装有位于光电装置上自对齐透镜的装置，使用位于所述透镜4正上方的第二聚光系统104，如图3所示。这种第二聚光系统的对齐使用了本领域技术人员公知的对齐技术，比如可以是具有较大焦距的透镜。这种第二聚光系统104可允许收集较大量的入射光。用于形成第一光敏部分1的原材料的节省伴随有减少暴露于入射辐射的所述第一部分1的上表面。因此，提供第二聚光系统104以补偿这种不足是有利的。

构建第一光敏部分1正上方的亲水表面的可替换方法是可能的。这种方法由将宽带隙氧化物沉积在第一部分1和第二部分2上而构成。沉积可以通过溅镀或化学蒸汽沉积或一些其他方法而获得。在ZnO沉积之后或期间，基层比如浸渍在脂肪酸溶液中，以赋予整个表面亲水性。这种脂肪酸的示例为硬脂酸。亲水区域的形成然后可以通过开发第一部分1的导电特性以及第二部分2的电绝缘性而完成。通过放置在电解液中，比如K₂SO₄的稀释溶液中，并让正极电流通过第一部分1，然后该部分可以直接极化，位于第一部分1正上方的ZnO的表面可以修改，且存在于表面上的脂肪酸可因为氧化电流的通过而被破坏。这在第一部分1的正上方形成了自对齐的亲水区域，而第二部分2正上方的ZnO保持为疏水性。

由此描述的方法可以应用于不同类型的光电装置。比如，可以让第一部分1为发光半导体，比如LED，其具有将电流提供到第一部分1的电连接。该方法特别适于具有由宽带隙氧化物组成的表面的LED，比如InGaN基二极管。使用上述方法构建的透镜不需要使所述透镜与发光二极管对齐的任何步骤。透镜在立体角上分散出来自LED的光，这取决于透镜的光学性能。

另一种特别有利的应用涉及光敏装置，比如光电探测器或光伏电池。使用上述方法减少了第一部分1的表面积，因此减少了生产成本，并从设置在第一部分1正上方的聚光系统所提供的增加能量效率中得益。本发明消除了在第一光敏部分1上方对齐聚光系统的费钱的步骤。

在第一部分1是光伏电池的特定情况下，第一部分1可有利地为光吸收器。后者比如可以由Cu(In，Ga)Se₂的合金制成，用于薄膜微电池中。其他材料，优选地是形成光吸收器的材料，其能够在其表面上接收氧化物的局部沉积，如CdTe，CZTS，非晶硅，或单晶硅都与本方法相容。

第一部分1为光伏电池的光吸收器的这个实施例提供了额外的优点。允许可能性，对于与薄膜微电池相关的应用，该实施例能够消除在光吸收器顶部上沉积CdS和ZnS“缓冲”层的步骤。这些缓冲层通常通过化学槽沉积而制造，这是一种非选择性的工艺，涉及在整个基层上沉积CdS层。也可以保留ZnS或CdS缓冲层，并通过电沉积将它们选择性地沉积，从而保持了光伏电池外的区域的疏水性能。

通过避免这些缓冲层的沉积或制造局部沉积，使用者节省了生产成本，并保持了光伏电池外的区域也即第二非光敏部分2的天然疏水化学性能。

还与在光伏应用中形成光吸收器的第一部分1有关，第一部分1的外围在第二部分2的一部分上表面上包括金属电触片5，如图4a所示。这些外围的电触片5通常在聚光光伏系统中使用，从而使得阻抗损失最小化。这些金属触片5有利地连接到电流收集装置。然后可以开发这些金属触片的天然亲水性能来延伸表面，在喷洒液体溶液在亲水层8和第二部分2上表面上的步骤期间，液体溶液的液滴洒在该表面上。与该工艺相关的这个步骤如图4a，4b和4c所示。

金属触片5可以选择性地处理，以调整它们的亲水性，比如利用聚合物来进行调整。金属触片5的这种处理或功能化可以通过浸渍在选择的化学溶液中，比如硫醇而获得。这种浸渍可增加金属触片5的亲水性，或相反地让其具有疏水性。亲水层8和金属触片然后可以因为在电化学行为方面存在差异而不同。金属触片因此在限定亲水区域上提供了自由度。

金属触片5的沉积可以在处理的不同阶段进行。根据优选的实施例，，在第二部分2中形成凹部之前通过沉积在第二部分2上来沉积金属触片，这些凹部用来容纳第一光敏部分1。可替换地，金属触片5可以在第一部分1形成之后而亲水材料层8沉积之前沉积。在这个实施例中，在ZnO层8沉积之时，有效的电接触形成在金属触片5和第一光敏部分1之间。

在第一部分1生产期间，为了在500℃和600℃之间的温度下热退火期间保护金属触片5，可以利用比如氧化物或碳化物薄层来盖住金属触片5。

如图4c所建议，可以使用外围金属触片5来大体上调整光伏电池吸收器上方形成的透镜的尺寸。

在图4c中示出的构造不包括在光伏电池吸收器上方形成的透镜下方的间隔层。透镜所收集的光通过透镜的光功率聚集，透镜的表面积大于第一光敏部分1的表面积。这样做的优点在于让透镜14收集较多量的光，大部分光聚焦在第一光敏部分1上。此外，周围的金属区域5可以起作反射辐射的镜片，其然后可以在透镜中部分地反射，并聚焦在吸收器1上。这限制了不包括吸收器1的那些区域中的光损失。

如图5a和5b所示，可以在聚光系统14形成的步骤之后添加形成间隔6的额外步骤。术语“间隔”被用于指垂直于基层的位于聚光系统14和第一光敏部分1之间的间距。这个间隔6有利地通过沉积涂层而制造，该涂层均匀地并等厚地覆盖住透镜14以及第二非光敏部分2。有利地，这个间隔6由具有基本上与透镜14相同折射率的材料组成。该间隔6给出两个优点：一方面，加厚了聚光系统14，增大了暴露于入射辐射的面积；另一方面，将透镜14与第一光敏部分1隔开距离。因此可以将显然较大数量光聚集在第一光敏部分1上，增加了系统的光学效率。然而，限制这个间隔6的厚度是有利的，因为微透镜14的外形不会保持在大的厚度。

与使用制造薄膜光伏电池的方法有关的另一个优点在于，其在制造第一部分1和第二部分2期间可以具有额外的步骤。首先，可以先构造基层，如图6a和6b所示，图中只存在有非光敏第二部分2。这个第二部分2通常由电绝缘器构成。第一部分1通过选择性沉积，借由电沉积或油墨沉积而形成。这个实施例使用了较少的制造光吸收器所需的原材料。

通过在第一部分1之前沉积第二部分2，也可以提高第一部分1的沉积质量。实际上，第一部分1的电沉积然后自然地在第二部分2外、容纳第一部分1的空间区域中发生生生。在油墨基的沉积中，第二部分2的疏水性和这个部分的高度差有利于让接纳第一部分1的空间中的油墨得以选择性地沉积。

自然，当光伏电池是薄膜电池的时候，有利的是提供形成后部触片的导电层7，其在基层的上表面上形成。在基于铜、铟、镓和硒的电池(也被称为CIGS电池)的情况下，这个层通常是钼层。当层7为连续之时，光伏电池平并联连接。后触片7可以是非连续性的，其允许串联地连接电池。

尽管上述方法涉及被第二非光敏部分2所包围的至少一个第一光敏部分1，但可有利地涉及第一光敏部分1的阵列，比如光电探测器、LED、或光伏电池的阵列，每个第一光敏部分1被第二非光敏部分2包围。

由上述方法获得的装置提供了聚光系统在光敏电池上方的对齐质量，该对齐质量优于使用相机和精密机器人的对齐技术所获得的对齐质量。通过使用上述方法，当在光伏电池上对齐透镜的时候不会有定位误差。

示范的实施例

如图7中十个步骤示意性地所示，本发明首先提出了构建基层3，其包括了形成后触片的层7。这个第一步骤S70后跟将绝缘层2沉积在所述基层3上的步骤S71。在该基层3上安装有绝缘材料2层，比如SU8树脂，金属触片5在步骤S72中沉积。在步骤S73中，然后在金属触片5中蚀刻几个点，延伸到形成后触片7的层。

下一个步骤S74由通过电沉积或油墨印刷像Cu(In,Ga)Se₂那样的合金来选择性地沉积光伏电池吸收器1组成。这种沉积后跟在500℃和600℃之间的温度下的退火，从而使得材料结晶化。在所示步骤S75中，诸如ZnO的宽带隙氧化物电沉积在上述步骤获得的装置上。ZnO可选择性地沉积在光伏电池吸收器1上，吸收器的导电性与绕着它们的电绝缘器2不同。ZnO层8需要与绕着光伏电池1的金属触片5的金属部分接触，这种接触由层8的沉积条件确定。为了实现导电，ZnO优选地是掺杂的。

这个步骤后跟步骤S76，将ZnO的上表面暴露到紫外辐射前。暴露于紫外辐射前增加了ZnO的亲水性。

这在步骤S77中后跟SU8树脂的沉积，其是喷洒在ZnO和电绝缘器2的上表面上。这导致液滴在ZnO上表面上形成，而液滴也分布在外围金属触片5上，同样也是亲水性的，而SU8树脂则在电绝缘器上表面上分布。

接下来，所述树脂暴露到紫外辐射前，在所示步骤S78中，该辐射硬化了位于由ZnO8和金属触片5形成的组件上的液滴，因而在光伏电池上形成了固体透镜14。

最后，执行具有一定折射率的树脂沉积，这一折射率大体上与透镜14的折射率相同。这个步骤被示为S79，也包括了硬化所述树脂，因而形成了间隔6，满足了加厚透镜和该层的双重功能，以在透镜外表面和光伏电池之间形成间距。

示范的实施例#2

首先，构建包含形成后触片7的层的基层3。这个第一步骤后跟在所述基层3上进行绝缘层2的沉积。在这个基层3上，安装有绝缘材料层2，其比如是聚合物、氧化铝或二氧化硅，然后蚀刻凹部，其一路延伸到形成后触片7的层。

下一步骤由选择性地沉积光伏电池吸收器1构成，可通过电沉积或油墨打印像Cu(In,Ga)Se₂的合金来沉积。这种沉积之后是退火。在下个步骤中，诸如ZnO的宽带隙氧化物8沉积在从上述步骤获得的装置上。这种沉积不必是选择性的，并可以通过喷洒或化学蒸汽沉积来完成。然后可以进行表面处理来保证宽带隙氧化物层8的疏水性。比如，硬脂酸或特氟龙可以沉积在该表面上。

这个步骤之后是电化学步骤，其中，基层3浸在电解液中，电势施加在导电区域(也即第一光敏部分1)和电解液之间。然后电流流过这些第一部分1，改变了ZnO的表面状态。如果没有沉积疏水材料，则可以通过疏水表面沉积的脱附或这种沉积的氧化、或通过改变ZnO的表面状态，因此第一部分1正上方的ZnO获得亲水特性。因为第一部分1的导电性能及第二部分2的绝缘性能，疏水性/亲水性中的这种改变是自对齐在装置上的。

这之后是SU8树脂的沉积，该树脂喷洒在ZnO和电绝缘器的上表面上。这导致液滴在ZnO上表面上的形成，而SU8树脂洒在电绝缘器上表面上。

接下来，所述树脂暴露于紫外辐射，硬化了位于由ZnO和金属触片形成的组件上的液滴，因而在光伏电池上方形成固体透镜。

最后，金属触片沉积在第二部分2正上方的ZnO上。这种沉积可以是自动催化的，因为聚合物透镜和ZnO之间的化学差别。也可以通过电化学方式实现它。

本发明不限于上述实施例，并包括等同的实施例。

比如，可以设想不同形状和不同光学性能的光敏电池阵列，它们被多种不同材料制成的非光敏部分围绕。

透镜也用作过滤器，用以在到达光敏部分的入射辐射的光谱范围内选择某些波长。

本发明的方法也可以应用于发光二极管正上方的光学系统的形成。

Claims (18)

1.构造光敏装置的方法，包括：

－第一步骤，在基层(3)上准备至少一个光敏第一部分(1)，其在一定的波长范围内是起作用的，所述第一部分(1)被非光敏的第二部分(2)围绕，

覆盖与基层(3)相对的第一部分(1)的上表面的材料，可通过电化学工艺选择性地设置于第一光敏部分正上方的亲水层中，而第二部分(2)包括位于与基层相对的上表面上的疏水材料，该方法进一步包括下面的步骤：

－在所述第一部分(1)和第二部分(2)的整个上表面上，喷洒液体溶液，该溶液包括在所述波长范围内为透明的的材料，以及

－在所述第一部分上方形成包含了所述材料的聚光镜(4，14)。

2.根据权利要求1所述的方法，包括选择性地沉积材料，该材料在与第一部分(1)的基层(3)相对的上表面上具有亲水性能(8)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，与第一部分(1)基层(3)相对的上表面在处理之后具有亲水性。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，亲水性材料(8)是宽带隙氧化物。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，亲水材料(8)选自由ZnO、掺杂ZnO和TiO₂所组成的组中。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，包括第一光敏部分(1)上表面的处理步骤，在喷洒液体溶液之前将所述上表面暴露在紫外辐射下来进行处理。

7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，包括第一光敏部分的处理，在喷洒溶液之前施加电势来进行处理。

8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，液体溶液包括硬化材料。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，硬化材料是单体。

10.根据权利要求8或9所述的方法，包括硬化液体溶液的步骤，以在第一部分上方形成会聚透镜(4，14)。

11.根据权利要求8到10中任一项所述的方法，其特征在于，硬化步骤包括将第一部分(1)上表面暴露到紫外辐射的步骤。

12.根据上述权利要求中任一项所述的方法，在第一步骤和喷洒步骤之间包括沉积步骤，该步骤在第二部分(2)的上表面某个部分上，沉积与第一部分(1)接触的亲水金属层(5)。

13.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，第一光敏部分(1)是光敏电池的光吸收器。

14.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，第二非光敏部分(2)是电绝缘器。

15.根据上述权利要求中任一项所述的方法，包括沉积步骤，该步骤在透镜(14)上沉积材料涂层(6)，该材料在一定波长范围内是透明的。

16.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，第一步骤包括在基层(3)上准备第一部分(1)阵列，该阵列在一定波长范围内是起作用的，所述第一部分(1)与第二非光敏部分(2)是相互隔开的。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，第一步骤是选择性地在包括第二部分(2)的基层(3)上沉积第一部分(1)。

18.光敏装置，在基层上包括：

－至少一个第一光敏部分(1)，其在一定波长范围内是起作用的，

－第二非光敏部分(2)，其围绕着所述第一部分(1)，

其特征在于，所述第一部分(1)包括通过在与基层相对的上表面上进行电化学工艺而选择性地设置在位于第一光敏部分正上方亲水层(8)内的材料，而与所述第二部分(2)基层相对的上表面包括疏水性材料，

且其特征还在于，会聚透镜(4，14)形成在亲水材料(8)的上表面上。