CN115244722A

CN115244722A - 用于中性颜色的透光光伏器件的方法和系统

Info

Publication number: CN115244722A
Application number: CN202080071938.6A
Authority: CN
Inventors: 里沙·潘迪; 迈尔斯·C·巴尔; 马修·E·赛克斯; 约翰·A·洛夫
Original assignee: Ubiquitous Energy Inc
Current assignee: Ubiquitous Energy Inc
Priority date: 2019-08-16
Filing date: 2020-08-14
Publication date: 2022-10-25
Also published as: AU2020334902A1; EP4014262A1; KR20220066055A; WO2021034714A1; JP2022544677A; US20210050538A1; EP4014262A4

Abstract

本文公开了可透可见光的光伏器件(例如中性颜色的可透可见光的光伏器件)。中性颜色的可透可见光的光伏器件包括：可透可见光的基板；和第一可透可见光的电极，其联接到可透可见光的基板。该器件还包括：第二可透可见光的电极；和在第一可透可见光的电极与第二可透可见光的电极之间的可透可见光的光活性层。可透可见光的光活性层被构造为将NIR光或UV光中的至少一者转换成光电流并且由在NIR或UV光谱中具有峰值的吸收光谱表征。该器件还包括：可见光吸收材料，其由在可见光谱中具有第二峰值的第二吸收光谱表征，其中，第二吸收光谱与吸收光谱互补。

Description

用于中性颜色的透光光伏器件的方法和系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年8月16日提交的标题为“用于中性颜色的透光光伏器件的方法和系统(METHOD AND SYSTEM FOR COLOR NEUTRAL TRANSPARENT PHOTOVOLTAICS)”的美国临时专利申请第62/887,942号的优先权权益，该美国临时专利申请的全部内容通过引用的方式并入本文，以用于所有目的。

背景技术

可以集成到家庭、摩天大楼、汽车等的窗玻璃中的低成本、可透可见光或半透可见光的有机光伏(Organic Photovoltaic，OPV)设备可以用于显著增加太阳能采集的表面积。例如，建筑物集成光伏(Photovoltaic，PV)技术可以用于将照射到建筑物上的太阳能转换成电能，该电能可被使用或存储在建筑物处或馈送回到电网，并且减少太阳能对建筑物的加热。然而，由于例如与传统PV电池相关联的成本、不透明性和美学问题，这种PV技术没有得到广泛使用。

发明内容

本申请总体上涉及光伏材料和器件领域，更具体地，涉及具有中性颜色的可见光透射率的可透可见光(或半透可见光)的光伏材料和器件。

本文所公开的技术总体上涉及光伏材料和器件(例如透光或半透光光伏材料和器件)。更具体地，且非限制性地，本文公开了用于中性颜色的可透可见光(或半透可见光)的光伏器件的材料的组合、以及结合有材料组合的中性颜色的可透可见光的光伏器件和系统。本文描述了各种发明实施例，包括材料、材料的组合、器件、系统、模块、方法等。

下文参考一系列示例提供本发明的概述。如下文所使用的，对一系列示例的任何引用应被理解为对这些示例中的每一者的单独引用(例如，“示例1至4”应被理解为“示例1、2、3或4”)。

示例1是一种可透可见光的光伏器件，包括：可透可见光的基板；第一可透可见光的电极，其联接到可透可见光的基板；第二可透可见光的电极；在第一可透可见光的电极与第二可透可见光的电极之间的可透可见光的光活性层，可透可见光的光活性层被构造为将近红外(NIR)光或紫外(UV)光中的至少一者转换成光电流并且由在NIR或UV光谱中具有峰值的吸收光谱表征；以及可见光吸收材料，其由在可见光谱中具有第二峰值的第二吸收光谱表征，其中，第二吸收光谱与吸收光谱互补。

示例2是示例1的可透可见光的光伏器件，其中，可透可见光的光伏器件由跨可见光谱的平坦透射曲线表征，该曲线在450nm至650nm波长之间具有小于30％的透射百分比的绝对变化。

示例3是示例2的可透可见光的光伏器件，其中，透射百分比的绝对变化小于10％。

示例4是示例1的可透可见光的光伏器件，其中，可透可见光的光伏器件由在国际照明委员会(CIE)L*a*b*(CIELAB)颜色空间中的在-10至10之间的透射a*和b*值表征。

示例5是示例4的可透可见光的光伏器件，其中，可透可见光的光伏器件由在CIELAB颜色空间中的在-5至5之间的透射a*和b*值表征。

示例6是示例1的可透可见光的光伏器件，其中，可透可见光的光伏器件由在CIELAB颜色空间中的负透射a*值和负透射b*值表征。

示例7是示例1的可透可见光的光伏器件，其中，可透可见光的光伏器件由大于40％的平均可见光透射率(AVT)表征。

示例8是示例1的可透可见光的光伏器件，其中，可透可见光的光活性层包括供体材料和受体材料。

示例9是示例1的可透可见光的光伏器件，其中，可见光吸收材料包括在可透可见光的光活性层中。

示例10是示例1的可透可见光的光伏器件，其中，可见光吸收材料包括在可透可见光的光伏器件的光层中。

示例11是示例1的可透可见光的光伏器件，其中，可见光吸收材料与光活性层共混在三元或四元共混物中。

示例12是示例1的可透可见光的光伏器件，其中，可见光吸收材料布置在第一电极与光活性层之间。

示例13是示例1的可透可见光的光伏器件，其中，可见光吸收材料布置在光活性层与第二电极之间。

示例14是示例1的可透可见光的光伏器件，其中，可见光吸收材料布置在第二电极上方。

示例15是示例1的可透可见光的光伏器件，还包括：第二可见光吸收材料，其由在可见光谱中具有第三峰值的第三吸收光谱表征，其中，第三吸收光谱与吸收光谱和第二吸收光谱互补，其中，第一可见光吸收材料布置在第一电极与光活性层之间，并且第二可见光吸收材料布置在光活性层与第二电极之间。

示例16是示例1的可透可见光的光伏器件，还包括：第二可见光吸收材料，其由在可见光谱中具有第三峰值的第三吸收光谱表征，其中，第三吸收光谱与吸收光谱和第二吸收光谱互补，其中，第一可见光吸收材料布置在第一电极与第二电极之间，并且第二可见光吸收材料布置在第二电极上方。

示例17是示例1的可透可见光的光伏器件，其中，可见光吸收材料包括在布置在第一可透可见光的电极与第二可透可见光的电极之间的光活性二元、三元或四元共混物中。

示例18是一种制造可透可见光的光伏器件的方法，方法包括：提供可透可见光的基板；形成第一可透可见光的电极，其联接到可透可见光的基板；形成第二可透可见光的电极；在第一可透可见光的电极与第二可透可见光的电极之间形成可透可见光的光活性层，可透可见光的光活性层被构造为将近红外(NIR)光或紫外(UV)光中的至少一者转换成光电流并且由在NIR或UV光谱中具有峰值的吸收光谱表征；以及结合可见光吸收材料，其由在可见光谱中具有第二峰值的第二吸收光谱表征，其中，第二吸收光谱与吸收光谱互补。

示例19是示例18的方法，其中，可透可见光的光伏器件由跨可见光谱的平坦透射曲线表征，该曲线在450nm至650nm波长之间具有小于30％的透射百分比的绝对变化。

示例20是示例19的方法，其中，透射百分比的绝对变化小于10％。

示例21是示例18的方法，其中，可透可见光的光伏器件由在国际照明委员会(CIE)L*a*b*(CIELAB)颜色空间中的在-10至10之间的透射a*和b*值表征。

示例22是示例21的方法，其中，可透可见光的光伏器件由在CIELAB颜色空间中的在-5至5之间的透射a*和b*值表征。

示例23是示例18的方法，其中，可透可见光的光伏器件由在CIELAB颜色空间中的负透射a*值和负透射b*值表征。

示例24是示例18的方法，其中，可透可见光的光伏器件由大于25％的平均可见光透射率表征。

示例25是示例18的方法，其中，可透可见光的光活性层包括供体材料和受体材料。

示例26是示例18的方法，其中，可见光吸收材料包括在可透可见光的光活性层中。

示例27是示例18的方法，其中，可见光吸收材料包括在可透可见光的光伏器件的光层中。

示例28是示例8的可透可见光的光伏器件，其中，供体材料的最高占据分子轨道(HOMO)能级高于或等于受体材料的HOMO能级；并且供体材料的最低未占分子轨道(LUMO)能级高于或等于受体材料的LUMO能级。

示例29是示例8的可透可见光的光伏器件，其中，可见光吸收材料与供体材料相邻，并且由高于或等于供体材料的HOMO能级的HOMO能级表征。

示例30是示例29的可透可见光的光伏器件，其中，可见光吸收材料由低于供体材料的LUMO能级的LUMO能级表征。

示例31是示例8的可透可见光的光伏器件，其中，可见光吸收材料与受体材料相邻，并且由低于或等于受体材料的LUMO能级的LUMO能级表征。

示例32是示例31的可透可见光的光伏器件，其中，可见光吸收材料由高于受体材料的HOMO能级的HOMO能级表征。

示例33是示例31的可透可见光的光伏器件，还包括：第二可见光吸收材料，其与供体材料相邻，并且由高于或等于供体材料的HOMO能级的HOMO能级表征。

示例34是示例8的可透可见光的光伏器件，其中，供体材料和受体材料混合在同一层中。

示例35是示例34的可透可见光的光伏器件，其中，可见光吸收材料由高于或等于供体材料的HOMO能级的HOMO能级表征。

示例36是示例35的可透可见光的光伏器件，其中，可见光吸收材料由高于受体材料的LUMO能级的LUMO能级表征。

示例37是示例34的可透可见光的光伏器件，其中，可见光吸收材料由低于或等于受体材料的LUMO能级的LUMO能级表征。

示例38是示例37的可透可见光的光伏器件，其中，可见光吸收材料由低于供体材料的HOMO能级的HOMO能级表征。

示例39是示例37的可透可见光的光伏器件，还包括：第二可见光吸收材料，其由高于供体材料的HOMO能级的HOMO能级表征。

使用本发明中描述的技术实现了优于传统技术的许多益处。本发明中的实施例提供了用于吸收用于光伏发电的近红外辐射和/或紫外辐射同时可近似均匀地透过或半透可见光的材料的组合和器件。有利地，这些光学特性提供了在光伏器件中从入射太阳辐射发电的能力，同时仍然允许可见光近似均匀地穿过并且允许观察者在没有或具有减少的颜色失真的情况下透过光伏器件观察。

更具体地，材料的组合包括光活性化合物，该光活性化合物提供合适的电子供体和/或受体，用于通过吸收光来分离电子-空穴对，以便向外部电路提供DC电压和电流。有利地，所公开的光活性材料的组合包括可透可见光或仅吸收相对少量的可见光波段(例如约450nm至约650nm之间)的光同时在近红外光(NIR)波段(例如约650nm至约1400nm之间)或紫外光(UV)波段(例如约280nm至约450nm之间)表现出更大的吸收强度的组合。

此外，材料的组合可包括具有与材料对近红外光和/或紫外光吸收的组合可见光吸收率互补的可见光吸收率的材料。由此可见，材料的组合可在可见光波段中具有大致均匀的吸收率(因此具有均匀的透射率)。因此，包括材料组合的透光或半透光的光伏器件可以被看作是具有灰色的透光，使得其上安装有光伏器件的建筑物的美观不会受到影响。而且，透光或半透光的光伏器件可以不使人透过透光或半透光的光伏器件观察到的物体的颜色失真。

所公开的有机光活性材料的组合还可提供关于可透可见光的光伏器件的制造和性能的优点。例如，在一些实施例中，包括本文所描述的有机透光光活性材料的器件可以使用其中使用真空沉积技术在基板上形成有机光活性材料的技术来制造。使用真空沉积技术可以允许形成高纯度的光活性层，因此提高器件效率和性能并降低制造复杂性。透光光伏器件可以通过真空热蒸发技术或通过溶液处理步骤将所公开的光活性材料结合到活性材料层中。进一步地，在一些实施例中，所公开的光活性材料可以通过蒸发和/或升华技术纯化。通过蒸发和/或升华的纯化可用于生成高纯度的光活性材料和化合物，该光活性材料和化合物又可允许透光光伏器件的生产和性能得到改善。

结合下文和附图更详细地描述本发明的这些和其它实施例和方面以及许多其优点和特征。

本概述既不旨在识别所要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在孤立地用于确定所要求保护主题的范围。通过参考本发明的整个说明书的适当部分、任何或所有附图以及各个权利要求，应当理解本主题。在以下说明书、权利要求和附图中，将更详细地描述前述内容以及其它特征和示例。

附图说明

下面参考附图详细描述说明性实施例。

图1A是例示了根据某些实施例的在可见光波段中为中性颜色的可透可见光的光伏器件的示例的简化图。

图1B例示了根据某些实施例的可透可见光的光伏器件中的一个或多个光活性层的各种构造。

图2是例示了透光光伏器件的示例的太阳光谱、人眼敏感度和吸收光谱作为光波长的函数的简化图。

图3是根据某些实施例的可透可见光的光伏器件的示例的简化能级图。

图4A至图4H例示了具有不同电子受体和供体构造的光活性层的示例的吸收曲线。

图5例示了用于描述颜色的国际照明委员会(CIE)L*a*b*(CIELAB)颜色空间。

图6例示了用于有机光伏(OPV)器件中的材料的示例的透射光谱。

图7是简化曲线图，其例示了根据某些实施例的透光光伏(TPV)的示例、互补的可见光吸收材料的示例、以及产生中性颜色的TPV的、器件中的TPV材料与可见光吸收材料的组合的透射光谱。

图8例示了根据某些实施例的中性颜色的可透可见光的光伏器件的透射光谱的示例。

图9例示了根据某些实施例的中性颜色的可透可见光的光伏器件的示例中的材料的吸收光谱的示例。

图10例示了根据某些实施例的中性颜色的可透可见光的光伏器件中的TPV材料的示例和可见光吸收材料的示例的吸收光谱。

图11A至图11H例示了根据某些实施例的中性颜色的可透可见光的光伏器件的一些示例的器件构造和能级对齐。

图12A至图12J例示了根据某些实施例的中性颜色的可透可见光的光伏器件的一些示例的器件构造和能级对齐。

图13A至图13B例示了根据某些实施例的中性颜色的可透可见光的光伏器件的示例的器件构造和能级对齐。

图14例示了根据某些实施例的包括可见光吸收光层的中性颜色的可透可见光的光伏器件的示例。

图15例示了根据某些实施例的包括具有不同厚度的可见光吸收光层的中性颜色的可透可见光的光伏器件的示例的模拟透射光谱。

图16例示了根据某些实施例的透射穿过包括具有不同厚度的可见光吸收光层的中性颜色的可透可见光的光伏器件的示例的可见光的颜色坐标的示例。

图17例示了根据某些实施例的中性颜色的可透可见光的光伏器件的示例的实验测量的透射光谱。

图18例示了根据某些实施例的用于制造中性颜色的可透可见光的光伏器件的方法的示例。

图19例示了用于制造可透可见光的光伏器件的方法。

附图仅出于说明的目的而描述了本发明的实施例。例如，在一些图中的透射或吸收光谱仅用于说明目的，并且可以不表示在实际TPV器件中使用的材料的透射或吸收光谱。本领域技术人员将从以下描述容易地认识到，可以采用所例示的结构和方法的替代实施例而不脱离本发明的原理或所推崇的益处。

在附图中，类似的组件和/或特征可以具有相同的附图标记。进一步地，相同类型的各种组件可通过在附图标记之后加上破折号和区分类似组件的第二标号来区分。如果在说明书中仅使用第一附图标记，则该描述适用于具有相同第一附图标记的任何一个类似组件，而与第二附图标记无关。

具体实施方式

本发明总体上涉及光伏材料和器件(例如透光或半透光光伏材料和器件)。更具体地，且非限制性地，本文公开了用于中性颜色的可透可见光(或半透可见光)的光伏器件的材料或材料的组合、以及结合有材料或材料组合的中性颜色的可透可见光的光伏器件和系统。中性颜色的可透可见光的光活性材料组合优先吸收近红外光和/或紫外光波段中的光，并近似均匀地透射可见光波段中的光，使得透光光伏器件在可见光波段中是中性颜色的。例如，中性颜色的可透可见光的光伏材料可包括可更强烈地吸收近红外光(NIR)波段或紫外光(UV)波段中的光并可吸收一些可见光的光活性材料，并且还可包括一种或多种光活性或钝化材料，该光活性或钝化材料具有与近红外光和/或紫外光吸收活性材料的组合可见光吸收率互补的组合可见光吸收率。在一些实施例中，所述材料的组合可以在可见光波段中具有任何期望的透射率。

传统的光伏器件(例如晶体硅光伏器件)通常是不可透过可见光的，因此可能不适合用于建筑物或其它结构的窗玻璃中。一些透光光伏器件(例如一些基于有机透光光活性材料的透光光伏器件)可以透过或半透过可见光。然而，这些透光光伏器件可能具有可见光波段中的结构化吸收(或透射)光谱，因此可能显示出某些颜色(例如某些深浅的品红色、黄色、绿色或蓝色)，并且可能改变人透过透光光伏器件所观察到的建筑物的颜色或物体的颜色。

根据某些实施例，在透光光伏(TPV)器件中使用透光或半透光的光活性和/或钝化材料的各种组合，以实现可见光波段中的中性颜色透射率。在一些实施例中，TPV器件的中性颜色可使用不具有或具有非常低的可见光吸收的活性材料来实现。在一些实施例中，TPV器件的中性颜色可使用可见光吸收材料来实现，该可见光吸收材料具有与光活性层用于紫外光和/或近红外光吸收的可见光波段吸收光谱互补的可见光波段吸收光谱，使得可实现可见光波段中的大致平坦的透射率，这可导致中性颜色。可见光吸收材料可以有助于或不有助于光电流的产生，并且可以略微降低平均可见光透射率(AVT)。

使用本发明中描述的技术可以实现优于传统技术的许多益处。例如，本发明中的实施例提供了用于吸收用于光伏发电的近红外辐射和/或紫外辐射同时可近似均匀地透过或半透可见光的材料的组合和器件。有利地，这些光学特性提供了在光伏器件中从入射太阳辐射发电的能力，同时仍然允许可见光近似均匀地穿过并且允许观察者在颜色失真最小的情况下看穿光伏器件。

本文公开的技术可用于组合不同材料来制造在可见光波段具有任何期望透射或吸收特性的光伏层和器件，这些特性包括在某些波长或颜色中的中性颜色透射或优先吸收(例如在红色或蓝色波长处的更高吸收)。

通常，本文所用的术语和短语具有其领域公认的含义，其可通过参考本领域技术人员已知的标准教科书、参考杂志和上下文来找到。提供以下定义来阐明它们在本发明上下文中的具体用途。

如本文所用的，术语“可见光”可以指在约380nm至约750nm、约400nm至约700nm或约450nm至约650nm的波长范围内的光。

如本文所用的，术语“可透可见光”(或简化成“可透光”)和“半透可见光”(或简化成“半透光”)等可以指材料或器件表现出可见光波段中的约0％至70％内(例如小于或约70％、小于或约65％、小于或约60％、小于或约55％、小于或约50％、小于或约45％、小于或约40％、小于或约35％、小于或约30％、小于或约25％、或小于或约20％)的总吸收、平均吸收或最大吸收的特性。换句话说，可透可见光的材料可透射30％至100％的入射可见光(例如大于或约80％的入射可见光、大于或约75％的入射可见光、大于或约70％的入射可见光、大于或约65％的入射可见光、大于或约60％的入射可见光、大于或约55％的入射可见光、大于或约50％的入射可见光、大于或约45％的入射可见光、大于或约40％的入射可见光、大于或约35％的入射可见光、或大于或约30％的入射可见光)。未透过材料或器件的一些光可以被材料散射、反射或吸收。当人观察时，通常认为可透可见光的材料是至少部分地透视的(即不完全不透光的)。可透可见光的光伏器件可简称为透光光伏(TPV)器件。

如本文所用的，术语“透射系数”或“透射率”可指光波长或在波长范围或波段(例如可见光波段)上的明视加权的透射率，或者可以由在波段或子波段上的平均或最低透射率表示。例如，平均可见光透射率(AVT)可以用于表征材料或器件对于所有可见光的总透射率。

如本文所用的，术语“中性颜色”或“可见光中性颜色”可指接近白色或灰色的中性色调的颜色，其中，灰色可为介于黑色与白色之间的中性色调的颜色。如果器件或材料的透射率、吸收率和/或反射率在可见光波段内大致均匀，例如具有小于平均值的约20％、约10％、约5％或更低的变化，使得白色光束(包括不同颜色的光的组合)在穿过该器件或材料之后可以保持中性颜色(例如为白色或灰色)，则该器件或材料可以是中性颜色的。例如，如果器件或材料在可见光波段的不同波长(例如从约400nm到约700nm)下的透射率在器件或材料的AVT的±10％内，则器件或材料可以是中性颜色的。在一些实施例中，如果当被白光照射时，由器件或材料透射的光具有例如[-5，5]或[-10，10]内的CIELAB a*值和例如[-5，5]或[-10，10]内的CIELAB b*值，或者具有期望象限中的a*值和b*值(如下文详细描述的)，则器件或材料可以是中性颜色的。在一些实施例中，如果当被白光照射时，由器件或材料透射的光在RGB颜色空间中具有大致相等的r值、g值和b值，则该器件或材料可以是中性颜色的。

如本文所用的，术语“互补”可指具有对比或相反特性(例如两种材料的透射率或吸收率)的两种材料之间的关系，其中，两种材料在以合适的比例组合时可在可见光波段中具有恒定的总透射率或吸收率，因此可为如上所述的中性颜色或可见光中性颜色的。例如，当两种材料的透射率的乘积(以及因此总透射率)在可见光波段中保持大致恒定时，两种材料的透射率(或吸收率)可以是彼此互补的。

如本文所用的，术语“最大吸收强度”是指在特定光谱区(例如紫外光波段(200nm至450nm或280nm至450nm)、可见光波段(450nm至650nm)或近红外光波段(650nm至1400nm))中的最大吸收值。在一些示例中，最大吸收强度可以对应于吸收特征的吸收强度，该吸收强度是局部或绝对最大值(例如吸收波段或峰值)，并且可以被称为峰值吸收。在一些示例中，特定波段中的最大吸收强度可不对应于局部或绝对最大值，而是可对应于特定波段中的最大吸收值。例如，当吸收特征跨越多个波段(例如可见光和近红外光)并且来自可见光波段内出现的吸收特征的吸收值小于在近红外光波段内出现的吸收值时，例如当吸收特征的峰值位于紫外光波段内但是吸收特征的尾部延伸到可见光波段时，可以出现这样的构造。在一些实施例中，本文所描述的可透可见光的光活性化合物可在大于约650纳米(nm)的波长(即在近红外光中)或在小于约450纳米的波长(即在紫外光中)下具有吸收峰，并且可透可见光的光活性材料的吸收峰可大于可透可见光的光活性材料在约450至650纳米之间的任何波长下的吸收。

在以下描述中，出于解释的目的，阐述了具体细节，以便提供对本发明示例的透彻理解。然而，将显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践各种示例。例如，器件、系统、结构、组件、方法和其它组件可示出为框图形式的组件，以便不在不必要的细节中混淆示例。在其它情况下，可以在没有必要细节的情况下示出公知的器件、工艺、系统、结构和技术，以便避免使示例模糊。附图和说明书并不旨在是限制性的。本发明中采用的术语和表述被用作描述性的术语而非限制性的术语，并且在使用这种术语和表述时不旨在排除所示出和描述的特征或其部分的任何等同物。词语“示例”在本文中用于意指“用作示例、实例或例示”。在本文中描述为“示例”的任何实施例或设计不必被解释为比其他实施例或设计优选或有利。

图1A是例示了根据某些实施例的在可见光波段中为中性颜色的可透可见光的光伏(TPV)器件100的示例的简化图。如图1所例示的，可透可见光的光伏器件100可以包括多个层和元件。如上所述，可透可见光指示光伏器件吸收例如约450nm至约650nm的可见光波段以外的波长的光能，同时大致透射可见光波段以内的光。如示例所例示的，UV和/或NIR光可以被光伏器件的层和元件强烈吸收，而可见光可以大致透过该器件。

可透可见光的光伏(TPV)的器件100可包括基板105，其可以是玻璃或其它可透可见光的材料，并且为所例示的其它层和结构提供足够的机械支撑。示例基板材料包括各种玻璃和刚性或柔性聚合物。也可使用多层基板(例如层压板)。基板可具有提供其它层和结构所需的机械支撑的任何合适的厚度(例如0.5mm至20mm的厚度)。在一些情况下，基板可以包括粘合膜，以允许将可透可见光的光伏器件100施加到另一结构(例如窗玻璃、显示器件等)。基板105可以支撑光层110和112。这些光层可提供多种光学特性，包括抗反射(AR)特性、波长选择性反射或分布布拉格反射特性、折射率匹配特性、封装性等。光层110和112有利地可以是可透可见光的。额外的光层114可用作例如AR涂层、折射率匹配层、被动可见光、红外光或紫外光吸收层等。可选地，光层110-114可透可见光、紫外光和/或近红外光，或者可透可见光波段、紫外光波段和/或近红外光波段中的波长的至少一个子集。根据构造，额外光层114也可以是被动可见光吸收层。

尽管器件总体上可以表现出可见光透过率(例如在450nm至650nm范围内大于30％、大于40％、大于50％、大于60％、大于70％、或高达或接近100％的透过率)，但是单独采用的某些材料可能在可见光谱的至少一些部分中表现出吸收。可选地，在可透可见光的光伏器件中的各个单独的材料或层在可见光范围内可以具有高透过率，例如大于30％(例如在30％至100％之间)。透射或吸收可表达为百分比且可取决于材料吸收特性、穿过吸收材料的厚度或路径长度及吸收材料的浓度，使得如果穿过吸收材料的路径长度较短及/或吸收材料以低浓度存在，那么在可见光波段中具有吸收的材料可表现出低吸收或高透射。

如本文和下文所描述的，各种光活性层中的光活性材料可以有利地在可见光波段中表现出最小吸收(例如小于20％、小于30％、小于40％、小于50％、小于60％或小于70％)，并且在近红外光波段和/或紫外光波段中表现出高吸收(例如大于50％、大于60％、大于70％或大于80％的吸收峰)。对于一些应用，可见光波段中的吸收可以大到70％。其它材料的各种构造(例如基板、光层和缓冲层)可允许这些材料提供总体可见光透过率，即使这些材料可表现出一定量的可见光吸收。例如，透光电极中可以包括金属(例如Ag或Cu)的薄膜。金属可以吸收可见光；然而，当以薄膜构造提供时，膜的总透过率可以较高。类似地，包括在光层或缓冲层中的材料可能在可见光范围内表现出吸收，但是可以以使得可见光吸收的总量较低的浓度或厚度来提供，从而提供可见光透过率。

可透可见光的光伏器件100可包括一组透光电极120和122，其中光活性层140定位于电极120与122之间。可以使用ITO、薄金属膜或其它合适的可透可见光材料制造的电极120和122提供到所例示的各层中的一者或多者的电连接。例如，铜、银或其它金属的薄膜可以适合用作可透可见光的电极，即使这些金属可能吸收可见光波段中的光。当作为薄膜(例如厚度为约1nm至约200nm(例如约5nm、约10nm、约15nm、约20nm、约25nm、约30nm、约35nm、约40nm、约45nm、约50nm、约55nm、约60nm、约65nm、约70nm、约75nm、约80nm、约85nm、约90nm、约95nm、约100nm、约105nm、约110nm、约115nm、约120nm、约125nm、约130nm、约135nm、约140nm、约145nm、约150nm、约155nm、约160nm、约165nm、约170nm、约175nm、约180nm、约185nm、约190nm或约195nm)的膜)提供时，薄膜在可见光波段中的总透射率可保持较高，例如大于30％、大于40％、大于50％、大于60％、大于70％、大于80％或大于90％。有利地，当用作透光电极时，薄金属膜在紫外光波段中的吸收可以表现为比可用作透光电极的一些半导体材料(例如ITO)低，因为一些半导体透光导电氧化物可以具有在紫外光波段中的带隙，因此可以高度吸收紫外光或不可透过紫外光。然而，在一些情况下，可以使用紫外光吸收透光电极，例如以屏蔽至少一部分来自下层组件的紫外光，因为紫外光可能使某些材料劣化。

可使用各种沉积技术来生成透光电极，包括真空沉积技术(例如原子层沉积、化学气相沉积、物理气相沉积、热蒸发、溅射沉积、外延等)。在一些情况下，也可以使用基于溶液的沉积技术(例如旋涂)。另外，透光电极可以使用用于微制造的技术(包括光刻、剥离、蚀刻等)来图案化。

缓冲层130和132以及光活性层140用于实现光伏器件的电学和光学特性。这些层可以是单一材料的层，或者可以包括适于特定应用的多个子层。因此，术语“层”并不旨在表示单一材料的单层，而是可以包括相同或不同材料的多个子层。在一些实施例中，缓冲层130、一个或多个光活性层140和缓冲层132以层叠构造重复，以提供串联器件构造(例如多结电池)。在一些实施例中，一个或多个光活性层140可以包括电子供体材料和电子受体材料(也称为供体和受体)。这些供体和受体是可透可见光的，但在可见光波段之外吸收，以生成光电流。

缓冲层130和132可以用作电子传输层、电子阻挡层、空穴传输层、空穴阻挡层、激子阻挡层、光学间隔物、物理缓冲层、电荷复合层、电荷生成层等。缓冲层130和132可具有提供期望的缓冲效果的任何合适的厚度，并且可以可选地存在或不存在。缓冲层130和132当存在时可以具有约1nm至约100nm的厚度。另外，在一些实施例中，缓冲层130和132可以具有与光活性层互补的吸收率。各种材料可以用作缓冲层，包括富勒烯材料、碳纳米管材料、石墨烯材料、金属氧化物(例如氧化钼、氧化钛、氧化锌等)、聚合物(例如聚(3,4-乙烯二氧噻吩)、聚苯乙烯磺酸、聚苯胺等)、共聚物、聚合物混合物和小分子(例如浴铜灵)。缓冲层可以使用沉积工艺(例如热蒸发)或溶液处理方法(例如旋涂)来形成，并且可以包括一个或多个层。

注意，在各个实施例中，可透可见光的光伏器件100可以包括透光电极120、光活性层140和透光电极122，但可以可选地包括或不包括基板105、光层110、112和114以及缓冲层130和132中的任何一者或多者。

图1B例示了根据某些实施例的可透可见光的光伏器件中的一个或多个光活性层(例如光活性层140)的各种构造。光活性层140可以可选地对应于混合的供体/受体(体异质结)构造、平面的供体/受体构造、平面的且混合的供体/受体构造、梯度供体/受体构造或层叠的供体/受体构造。可以使用各种材料作为光活性层140，例如在紫外光波段或近红外光波段中吸收但在可见光波段中仅最低程度地吸收(如果有的话)的材料。这样，光活性材料可以用于生成电子-空穴对，其用于通过紫外光和/或近红外光吸收来为外部电路供电，同时使可见光相对不受影响，以提供可见光透过率。在一些实施例中，光活性材料可以在可见光谱中显著吸收，以生成光电流。如图所例示的，光活性层140可以包括平面异质结，该平面异质结包括单独的供体层和受体层。光活性层140可以替代性地包括平面混合异质结结构，该结构包括分离的受体层和供体层以及混合的供体-受体层。光活性层140可以替代性地包括混合异质结结构，该结构包括完全混合的受体-供体层或包括具有各种相对浓度梯度的混合供体-受体层的异质结结构。光活性层140还可以包括包含两个供体/受体系统的层叠异质结，例如包括彼此相邻的两个体异质结的层叠异质结。体异质结可以包括相同的供体材料或相同的受体材料或不同的供体和受体材料。

在一些情况下，光活性层140可以包括单独的子层或层的混合物，以提供合适的光伏发电特性，如图1B所例示的。可以基于用于光伏发电的特定供体和受体材料使用图1B所描述的各种构造。例如，一些供体和受体组合可以受益于某些特定的构造，而其他供体和受体组合可以受益于其他特定的构造。供体材料和受体材料可以以任何比例或浓度提供，以提供合适的光伏发电特性。对于混合层，供体与受体的相对浓度可以在约20:1与约1:20之间。可选地，供体与受体的相对浓度可以在约10:1与约1:10之间。可选地，供体和受体可以具有1:1的比例。

各种化合物(例如四氰基醌型噻吩化合物、四氰基引达省化合物、咔唑硫代卟啉化合物和/或二噻吩方酸化合物)可以用作缓冲层、光层和/或光活性层中的一者或多者。这些化合物可以包括用于改性核结构的电学和/或光学特性的适当官能化形式。作为一个示例，所公开的化合物可包括降低从约450nm至约650nm的可见光波段中的吸收并增加大于约650nm的波长的近红外光波段中的吸收的官能团。

在本发明的各种实施例中，可以用作活性/缓冲(传输层)/光学材料的材料示例包括近红外光吸收材料、紫外光吸收材料和/或由在电磁波谱的近红外光或紫外光区中的强吸收峰的材料表征。近红外光吸收材料的示例包括酞菁、卟啉、萘酞菁、方酸、硼-亚甲基二吡咯、萘、萘嵌苯、苝、对亚苯基材料、四氰基醌型噻吩化合物、四氰基引达省化合物、咔唑硫代卟啉化合物、金属二硫纶、含苯并噻二唑的化合物、含二氰基亚甲基茚满酮的化合物、其组合等。紫外光吸收材料的示例包括富勒烯、萘嵌苯、苝、苯并咪唑、六碳腈、三芳胺、双三芳胺、菲咯啉、其组合等。

当本文所描述的材料作为光活性层结合到透光光伏器件中作为电子供体或电子受体时，可以控制层的厚度以改变功率输出、吸收或透射。例如，增大供体或受体层厚度可以增加该层中的光吸收。光活性层140可具有任何合适的厚度，并可具有任何合适浓度或组成的光活性材料，以提供期望水平的可见光透过率和紫外光/近红外光吸收特性。光活性层的示例厚度可以在约1nm至约1μm、约1nm至约300nm、或约1nm至约100nm的范围内。在一些情况下，增大供体或受体层中供体/受体材料的浓度可类似地增加该层中的光吸收。然而，在一些实施例中，供体/受体材料的浓度可能是不可调节的，例如当活性材料层包括纯的或大致纯的供体/受体材料层或纯的或大致纯的供体/受体材料混合物时。可选地，供体/受体材料可以在溶剂中提供或悬浮在载体(例如缓冲层材料)中，在这种情况下，可以调节供体/受体材料的浓度。在一些实施例中，选择供体层浓度，使得产生的电流最大化。在一些实施例中，选择受体层浓度，使得产生的电流最大化。

在一些实施例中，由于载流子的“行进距离”增加以及跨器件的有效场减小，电荷收集效率可能随着供体或受体厚度的增加而降低。因此，随着层厚度的增加，在增加吸收与降低电荷收集效率之间存在折衷。因此，选择如本文所描述的具有高吸收系数和/或浓度的材料以允许每单位厚度的光吸收增加可以是有利的。

除了由本文所描述的材料形成的单独的光活性层厚度之外，还可以选择透光光伏器件中的其它层的厚度和成分，以增强光活性层内的吸收。其它层(例如缓冲层、电极等)可以基于其在薄膜器件叠层和所得光学腔的背景下的光学特性(折射率和消光系数)来选择。例如，近红外光吸收光活性层可以定位于近红外光波长的光场的峰值中，在该峰值处，该活性层吸收，以最大化吸收和由器件产生的所得光电流。这可以通过使用第二光活性层和/或光层作为间隔物将光活性层与电极隔开适当的距离来实现。类似的方案可以用于紫外光吸收光活性层。在许多情况下，与较短波长光场的峰值相比，较长波长光场的峰值可以定位为更远离两个透光电极中反射性更大的一个电极。因此，当使用分开的供体和受体光活性层时，可选择供体和受体，以将吸收红色更多(较长波长)的材料定位为更远离反射性更大的电极，并且将吸收蓝色更多(较短波长)的材料定位为更靠近反射性更大的电极。替代性地，供体层和受体层可以相反的定向定位，以调节它们的整体吸收，从而以光电流生成为代价获得更中性的颜色。

在一些实施例中，可以包括光层，以增加供体在供体层中吸收的波长处的光场强度，从而增加光吸收，因此增加由供体层产生的电流。在一些实施例中，可以包括光层，以增加受体在受体层中吸收的波长处的光场强度，从而增加光吸收，因此增加由受体层产生的电流。在一些实施例中，光层可用于通过减少可见光吸收或可见光反射来改善叠层的透过率。进一步地，可以选择电极材料和厚度，以增强光活性层内可见光范围外的吸收，同时优先透射可见光范围内的光。在一些实施例中，光层可以包括用于改善可见光波段中的透射率的均匀性的可见光吸收材料，如下文详细描述的。

可选地，增强可透可见光的光伏器件的光谱覆盖通过使用可透可见光的光伏器件的多电池串联叠层来实现，该串联叠层称为串联电池，可以被包括作为缓冲层130、光活性层140和缓冲层132的多个层叠实例，如参考图1A所描述的。该架构包括多于一个的光活性层，其可以由例如一个或多个缓冲层、电荷复合层和/或薄金属层的组合分开。在这种架构中，在各个子电池中生成的电流串联地流向相对的电极，因此，例如，电池中的净电流受到由特定子电池生成的最小电流的限制。开路电压(VOC)等于子电池的VOC的总和。通过组合利用在太阳光谱的不同区域中吸收以生成光电流的不同供体-受体对制造的子电池，可以通过添加单个电池的VOC实现相对于单结电池的效率的显著提高。

图2是例示了透光光伏器件的示例的太阳光谱210、人眼敏感度230和吸收光谱220作为光波长的函数的简化图200。如图2例示的，本发明的实施例利用了在约450nm至约650nm之间的可见光波段内具有低且均匀吸收但在紫外光波段和近红外波段中(即在可见光波段外)强烈吸收的光伏结构，从而实现了可透可见光的光伏操作。在实施例中，紫外光波段可以描述为在约200nm至450nm之间的光波长。应当理解，地平面处的有用太阳辐射可具有波长小于约280nm的有限量的紫外光，因此，在一些实施例中，紫外光波段或紫外光区可描述为在约280nm至450nm之间的光波长。在实施例中，近红外光波段可以描述为约650nm至约1400nm之间的光波长。本文所描述的各种成分可表现出包括紫外光峰222和/或近红外光峰224的吸收，并且在可见光波段中的最大吸收强度小于在近红外光区或紫外光区中的最大吸收强度。

图3是根据某些实施例的可透可见光的光伏器件300(例如可透可见光的光伏器件100)的示例的简化能级图。可透可见光的光伏器件300可包括透光阳极310、光活性层320和透光阴极330。光活性层320可以包括至少供体材料322和受体材料324。如上所述，各种光活性材料可表现出电子供体或电子受体特性，这取决于它们的分子特性和用于缓冲层、电极等的材料类型。如图3所描述的，供体材料322和受体材料324中的每一者都可以具有最高占据分子轨道(highest occupied molecular orbital，HOMO)能级和最低未占分子轨道(lowest unoccupied molecular orbital，LUMO)能级。由于光子的吸收，可能发生电子从HOMO能级到LUMO能级的跃迁。材料的HOMO能级与LUMO能级之间的能差(即HOMO-LUMO能隙)近似地代表该材料的光学带隙的能量。对于用于本文所提供的透光光伏器件的电子供体和电子受体材料，电子供体和电子受体材料的HOMO-LUMO能隙优选落在可见光范围内的光子能带之外。例如，HOMO-LUMO能隙可以在紫外光波段或近红外光波段，这取决于光活性材料。应当理解，HOMO与传统导体或半导体中的价带相当，而LUMO与传统导体或半导体中的导带相当。

许多有机分子(例如有机半导体)的窄吸收光谱使得难以使用单一分子种类吸收整个吸收光谱。因此，电子供体和受体分子通常配对，以提供互补的吸收光谱，因此增加光吸收的光谱覆盖。另外，选择供体和受体分子，使得它们的能级(HOMO和LUMO)相对于彼此是有利的。供体和受体的LUMO能级的差异提供了解离供体中产生的电子-空穴对(激子)的驱动力，而供体和受体的HOMO能级的差异提供了解离受体中产生的电子-空穴对(激子)的驱动力。在一些实施例中，受体具有高电子迁移率以高效地将电子传输到相邻的缓冲层或电极可能是有用的。在一些实施例中，供体具有高空穴迁移率以高效地将空穴传输到相邻的缓冲层或电极可能是有用的。另外，在一些实施例中，增加受体的LUMO能级与供体的HOMO能级的差以增大开路电压(VOC)可能是有用的，因为VOC已经示出为与受体的LUMO能级与供体的HOMO能级之间的差成正比。光活性层内的这种供体-受体配对可以通过将本文所描述的一种材料与互补材料适当配对来实现，该互补材料可以是本文所描述的不同的可透可见光的光活性化合物或完全独立的材料体系。

与供体相邻的缓冲层(通常称为阳极缓冲层或空穴传输层或电子阻挡层)被选择为使得缓冲层的HOMO能级或价带(在无机材料的情况下)与供体的HOMO能级对齐，以将空穴从供体传输到阳极310(透光电极)。在一些实施例中，缓冲层具有浅LUMO能级可能是有用的。在一些实施例中，缓冲层具有高空穴迁移率可能是有用的。与受体相邻的缓冲层(通常称为阴极缓冲层或电子传输层或空穴阻挡层)被选择为使得缓冲层的LUMO能级或导带(在无机材料的情况下)与受体的LUMO能级对齐，以将电子从受体传输到阴极330(透光电极)。在一些实施例中，缓冲层具有深HOMO能级可能是有用的。在一些实施例中，缓冲层具有高电子迁移率可能是有用的。

图4A至图4H例示了具有不同电子受体和供体构造的光活性层的示例的吸收曲线。例如，在图4A所示的示例中，供体材料在近红外光波段中表现出吸收，而受体材料在紫外光波段中表现出吸收。图4B描述了与图4A所示的构造相反的构造，在该构造中，供体材料在紫外光波段中表现出吸收，而受体材料在近红外光波段中表现出吸收。

图4C描述了另外的构造，在该构造中，供体材料和受体材料都在近红外光波段中表现出吸收。如图所例示的，太阳光谱在近红外光波段中表现出大量的辐射，而在紫外光波段中仅有相对少量的辐射，从而使得图4C所描述的构造对于从太阳光谱捕获大量能量是有用的。应当理解，考虑了其它实施例，其中，供体材料和受体材料都在近红外光波段中表现出吸收，例如图4D所描述的示例，在图4D中，受体相对于供体蓝移，与图4C所描述的构造相反，在图4C中，供体相对于受体蓝移。

图4E描述了供体材料在可见光波段中吸收而受体在紫外光波段中吸收的构造。图4F表示受体材料在可见光波段中吸收而供体在紫外光波段中吸收的相反构造。

图4G描述了供体材料在可见光波段中吸收而受体在近红外光波段中吸收的构造。图4H表示受体材料在可见光波段中吸收而供体在近红外光波段中吸收的相反构造。

各种化合物可用作以上和以下描述的可透可见光的光伏器件中的光活性化合物。例如，光活性化合物可以可选地在近红外波段中表现出峰值吸收。可选地，光活性化合物可以在紫外光波段中具有峰值吸收。为了实现期望的光学特性，可透可见光的光活性化合物可以具有用于吸收紫外光或近红外光的光子的分子电子结构，这可以导致电子从较低分子轨道能级向较高分子轨道能级的提升，其中，较低分子轨道能级与较高分子轨道能级之间的能差可以匹配所吸收的光子的能量。表现出扩展芳香性或扩展共轭的化合物是有益的，因为具有扩展芳香性或扩展共轭的化合物可以表现出能量与紫外和/或近红外光子相匹配的电子吸收。然而，在一些情况下，扩展芳香性或扩展共轭也可以导致在可见光波段(即，在约450nm至约650nm之间)中的吸收。除了共轭和芳香性之外，吸收特征可以通过在可透可见光的光活性化合物的有机结构中包含杂原子(例如氮或硫原子)来调节。另外或替代性地，吸收特征可以通过金属原子和有机金属键合的存在和位置来调节。另外或替代性地，吸收特征可以通过键合到可透可见光的光活性化合物的核或子结构的给电子基团或吸电子基团(例如卤素原子、烷基、烷氧基等)的存在和位置来调节。进一步地，吸收特征可以可选地通过光活性化合物内的电子供体基团或电子受体基团的存在来调节。

可用于可透可见光的光伏器件中的光活性层的光活性化合物的示例包括结合有醌型结构、四氰基醌型噻吩结构、四氰基引达省结构、咔唑硫代卟啉结构和二噻吩方酸结构的光活性化合物。

用于可透可见光的光伏器件的其它层可表现出用于操作透光光伏器件的合适的成分和特性。例如，可以使用各种可透可见光的基板(例如包括透光玻璃、透光聚合物等的基板)。在一些实施例中，可透可见光的基板可透过近红外光(例如波长大于650nm的光)和/或紫外光(例如波长小于450nm的光)。这样，可透可见光的基板可以不吸收将适于通过可透可见光的光伏器件生成光伏能量的近红外光和/或紫外光。然而，在一些实施例中，可透可见光的基板可吸收红外光和/或紫外光，这可用于例如其中可透可见光的基板用于在穿过一个或多个光活性层之后阻挡过量的红外或可见辐射入射辐射以防止或降低总的紫外光和/或红外光透射的构造。可用的可透可见光基板包括但不限于厚度为约50nm至约30mm的基板。

可透可见光的电极的示例包括氧化铟锡(ITO)或导电金属(例如铜、金、银、铝等)或相关联的金属合金的薄透光膜。在可透可见光的电极包括导电金属的情况下，可透可见光的电极的厚度可以使得即使导电金属在本体中可能不透光，当用作薄膜时，导电金属仍可以允许可见光的透射。可用的可透可见光电极包括但不限于厚度为约1nm至约500nm的电极。

如上所述，其它层也可存在于本文所描述的可透可见光的光伏器件中。例如，可透可见光的光伏器件可以可选地包括一个或多个缓冲层(例如布置在第一可透可见光的电极与第一可透可见光的光活性层之间的第一缓冲层和/或布置在第一(或第二)可透可见光的光活性层与第二可透可见光的电极之间的第二缓冲层)。缓冲层可以用于多种目的并且包括多种成分。例如，在一些情况下，缓冲层可以包括本文所描述的光活性材料或化合物。可选地，缓冲层可以具有约1nm至约500nm的厚度。

使用吸收太阳光谱的紫外光和/或近红外光波段中的光的光活性材料制造的TPV器件可以主要在紫外光和/或近红外光波段中吸收，并且还可以具有从紫外光或近红外光波段延伸到太阳光谱的可见光波段中的吸收。因此，TPV材料或器件可能由于不均匀的可见光吸收而示出某种颜色。如上所述，通常期望获得用于可透可见光的光伏材料和器件的中性颜色，使得可透可见光的光伏材料和器件对结构和外部世界的外观具有较小的影响。

可以有几种方式来表征中性颜色的可透可见光的光伏材料或器件。如果器件或材料的透射率或吸收率在可见光波段内大致均匀(例如具有小于平均可见光透射率的30％、20％、10％、小于5％或更低的变化)，则器件或材料可以是中性颜色的。如果白色光束(包括不同颜色的光的组合)在穿过器件或材料之后是白色或灰色，则该器件或材料可以是中性颜色的。例如，在一些实施例中，如果当被白光照射时由器件或材料透射的光在颜色空间(例如国际照明委员会(CIE)L*a*b*(CIELAB)颜色空间或RGB颜色空间)中的某些区域中，则器件或材料可以是中性颜色的。

图5例示了用于描述颜色的CIELAB颜色空间。CIE L*a*b*(CIELAB)颜色空间描述了人眼可见的颜色并且是与器件无关的模型。CIELAB颜色空间的三个坐标表示颜色的亮度、红色/品红色与绿色之间的颜色位置以及黄色与蓝色之间的颜色位置。CIELAB被设计为使得CIELAB值的相同数值变化量对应于近似相同的可见光感知变化量。与RGB和CMYK颜色模型不同，CIELAB颜色空间被设计为接近人类视觉。

如图5所示，CIELAB颜色空间的三个坐标是L*、a*和b*，其中，“*”用于区分L*、a*和b*与亨特(Hunter)的L、a和b。亮度值L*表示颜色的亮度，范围从L*＝0的最暗黑色到L*＝100的最亮白色。a*轴表示绿-红分量，其中绿色在负方向上，红色在正方向上。b*轴表示蓝-黄分量，其中蓝色在负方向上，黄色在正方向上。真中性灰色由a*＝0和b*＝0表示。a*轴和b*轴的比例尺和界限可以取决于具体的实现方式。例如，在一些实现方式中，a*值和b*值可以在±100或-128至+127(带符号的8位整数)的范围内。L*、a*和b*的非线性关系旨在模拟眼睛的非线性响应。

在一些实施例中，在透过中性颜色的可透可见光的光伏材料或器件之后的白光的a*值和b*值可以在例如-5至5之间、-10至10之间或图5所示的a*-b*平面中的特定象限(例如象限III，其中a*和b*均为负)中，使得光伏器件的颜色或透过光伏材料或器件的白光的产生颜色接近白色或灰色。

在一些实施例中，透光光伏器件可以通过使用几乎仅在紫外光和/或近红外光波段中具有光吸收而在可见光波段中没有或具有非常少的光吸收的光活性材料来实现中性颜色的性能。

图6例示了用于有机光伏(OPV)器件中的材料样品的透射光谱(或曲线)。图6中的光谱610-650分别示出了样品1至样品5的透射系数。如图6所示，样品1和样品4在太阳光谱的可见光波段中可具有相对高且平坦的透射系数，而样品2、样品3和样品5的透射系数在可见光波段中可具有大的变化。因此，样品1和样品4可以主要在紫外光波段吸收，而在可见光波段几乎没有(和相对均匀)吸收或没有吸收。

表1示出了在图6所示的OPV器件中使用的材料的样品的L*、a*和b*的对应值。表1还示出了材料样品的对应R、G和B值。如表1所示，样品1和样品4在CIELAB颜色空间中具有[-5，5]以内且接近(0，0)的a*和b*的值，并且在RGB颜色空间中分别具有大致相等的r、g和b的值。样品2、样品3和样品5具有较大的a*和b*的值，因此在CIELAB颜色空间中远离L*轴(表示中性颜色)。样品2、样品3和样品5也可分别在r、g和b的值中的至少两者之间具有大的差异。

表1OPV材料样品的色值

根据某些实施例，一种为透光PV材料或器件实现中性颜色的技术是使用可见光吸收材料，该可见光吸收材料的透射(吸收)光谱与用于紫外光和/或近红外光吸收的材料的透射(吸收)光谱互补，以在可见光波段中实现平坦的总透射光谱。在一些实施例中，可以以至少在可见光波段中的一些波长处的透射率降低并因此AVT降低为代价来实现中性颜色。

图7是简化曲线图700，其例示了根据某些实施例的透光光伏(TPV)材料的示例、互补的可见光吸收材料的示例、以及器件中的TPV材料与可见光吸收材料的组合的透射光谱(或曲线)。图7中的光谱710对应于TPV材料的透射光谱，该透射光谱在可见光波段(例如约450nm至约650nm)中可具有较高的透射率。然而，光谱710所示的TPV材料的透射光谱在可见光波段中不是平坦的，因此TPV材料可以表现出不同于中性颜色的颜色。

光谱720对应于互补可见光吸收材料的期望透射光谱。光谱720与光谱710可以在可见光波段中互补。例如，TPV材料在450nm处可具有较低的透射率(或较高的吸收率)，而互补的可见光吸收材料在450nm处可具有较高的透射率(或较低的吸收率)。因此，在450nm处，TPV材料和互补的可见光吸收材料的组合的总透射率可略低于TPV材料的透射率。在550nm处，TPV材料可以具有较高的透射率(或较低的吸收率)，而互补的可见光吸收材料可以具有较低的透射率(或较高的吸收率)。因此，在550nm处，TPV材料和互补的可见光吸收材料的组合的总透射率可略低于互补的可见光吸收材料的透射率。由此可见，TPV材料和互补的可见光吸收材料的组合的透射光谱730可以是光谱710和光谱720在各个单独波长处的乘积，并且在可见光波段中可以是大致平坦的。

图8例示了根据某些实施例的中性颜色的可透可见光的光伏(TPV)器件的透射光谱810的示例。中性颜色的TPV器件可以包括在紫外光波段中具有吸收性的第一光活性材料和在近红外光波段中具有吸收性的第二光活性材料。中性颜色的TPV器件还可以包括在可见光波段中具有吸收性的第三材料。第三材料可以是钝化的或光活性的。在一些实施例中，第三材料也可以在近红外光或紫外光波段中具有吸收性。可以向中性颜色的TPV器件添加第三材料，以减小TPV器件的a*和b*的值与原点(0、0)的距离，将TPV器件的a*和b*的值变更到a*-b*平面内的更期望的象限(例如a*和b*具有负值)，或者将可见光波段内的透射光谱的变化从约450nm至约650nm减少到AVT值的±10％以内，如图8所示。还如图8所示，由于第三材料对可见光的吸收，材料组合的AVT可能低于没有第三材料的情况下的AVT。在一些实施例中，第一材料或第二材料可包括两种或更多种材料的组合。在一些实施例中，第三材料可包括两种或更多种材料的组合。

图9例示了根据某些实施例的中性颜色的可透可见光的光伏(TPV)器件的示例中的材料的吸收光谱(或曲线)的示例。所例示的吸收光谱也可称为材料的波长相关吸收系数。中性颜色的TPV器件可以包括例如材料1至材料n，其吸收光谱在图9中示出。在一些实施例中，材料1和材料2可以是TPV器件中的活性材料(例如供体和受体材料)。例如，材料1可以是电子受体材料，并且可以在如光谱910所示的紫外光波段中和/或在如光谱915所示的近红外光波段中吸收。在一些实施例中，电子受体材料可以包括两种或更多种材料(例如材料1.1(例如在紫外光波段中是光活性的)和材料1.2(例如在近红外光波段中是光活性的))的组合。材料2可以是电子供体材料，并且可以在如光谱920所示的太阳光谱的近红外光波段中吸收。材料3、材料4、...和材料n可以是可见光吸收材料，其中，材料3至材料n中的一种材料或两种或更多种材料的组合可以具有在可见光波段中与材料1和材料2的组合吸收光谱互补的吸收光谱。材料1和材料2与材料3至材料n中的至少一者的组合可以在太阳光谱的可见光波段中产生大致平坦的透射光谱。在一些实施例中，材料3至材料n也可以在近红外光或紫外光波段中具有吸收性。

图10例示了根据某些实施例的中性颜色的TPV器件中的TPV材料的示例和可见光吸收材料的示例的吸收光谱(曲线)。所例示的吸收光谱也可称为材料的波长相关吸收系数。光谱1010例示了TPV材料1的吸收光谱。光谱1020和1030分别示出可见光吸收材料2和材料3的吸收光谱。

在图10所示的示例中，TPV材料1是透光的活性材料，其中，活性材料中的一者(例如供体或受体材料)可以在近红外光波段中吸收，而另一活性材料(例如供体或受体材料)可以在紫外光波段中吸收。至少一种活性材料可至少部分地吸收太阳光谱的可见光波段中的光。TPV材料1的示例包括活性材料(例如UE-D-100和巴克敏斯特富勒烯(C₆₀)。尽管在图10所例示的实施例以及本说明书中包括的其它附图中，D-100被例示为示例性供体，但是本发明的实施例不限于特定的示例，并且根据本发明的各种实施例，可以使用其它供体和/或供体的组合，并且其它供体和/或供体的组合包括在本发明的范围内。类似地，本发明不限于在本图中例示的示例性受体，并且其它受体和受体的组合也包括在本发明的范围内。本领域普通技术人员将认识到许多变更、修改和替换。TPV材料1可与一种或多种具有在可见光波段中与TPV材料的吸收光谱互补的组合吸收光谱的材料(例如C₇₀或3,4,9,10-苝四羧酸双苯并咪唑(perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole，PTCBI))配对。例如，C₇₀可在紫外光波段和可见光波段中吸收，而PTCBI可在可见光波段和近红外光波段中吸收。

图11A至图11H例示了根据某些实施例的中性颜色的TPV器件的示例的器件构造和能级对齐。在图11A至图11H所示的示例中，中性颜色的TPV器件分别包括三种或更多种材料，这些材料可至少包括供体材料、受体材料和可见光吸收颜色中和材料。在不同的器件中，三种或更多种材料的成分和能级以及器件中三种或更多种材料的层的构造或层叠可以不同。在图11A至图11H所示的示例中，第一材料和第二材料可以是可以吸收紫外光波段和近红外光波段中的光的供体和受体材料，并且材料3可以在可见光波段中具有吸收性。在一些实施例中，材料3和材料4还可充当电子供体或受体。尽管在图11A至图11H中未示出，但图11A至图11H所示的中性颜色的TPV器件可以包括一些其它材料层，例如如关于图1A和图3所示和讨论的一个或多个缓冲层。

图11A和图11B例示了中性颜色的TPV器件1100的示例的能级对齐和结构。中性颜色的TPV器件1100可以包括第一电极1102(例如阳极)、第一材料1104(例如供体材料)、第二材料1106(例如受体材料)、第二电极1108(例如阴极)和第三材料1110。第二材料1106可具有比第一材料1104的HOMO能级深(即，低)的HOMO能级和比第一材料(1104)的LUMO能级深的LUMO能级，以促进材料1和材料2中生成的激子的解离。

在中性颜色的TPV器件1100中，第三材料1110不在第一电极1102与第二电极1108之间。第三材料1110可以用作光层，以中和中性颜色的TPV器件1100的颜色，但是可能对光电流没有贡献。由于第三材料1110对光电流没有贡献，因此其能级可以不考虑第一材料1104和第二材料1106的能级而定位。在一些实施例中，第三材料1110可以是钝化材料，其可以吸收可见光，但是可能不生成光电流(例如可以替代地生成热量)。

图11C和图11D例示了中性颜色的TPV器件1120的示例的能级对齐和结构。中性颜色的TPV器件1120也可以包括第一电极1122(例如阳极)、第一材料1126(例如供体材料)、第二材料1128(例如受体材料)、第二电极1130(例如阴极)以及在第一电极1122与第一材料1126之间的第三材料1124。第二材料1128可具有比第一材料1126的HOMO能级深(即，低)的HOMO能级和比第一材料1126的LUMO能级深(即，低)的LUMO能级，以促进材料1和材料2中生成的激子的解离。

在中性颜色的TPV器件1120中，第三材料1124可以在第一电极1122(例如阳极)与第一材料1126(例如供体材料)之间形成平面层。第三材料1124可以是良好的空穴传输材料，且第三材料1124的HOMO能级可浅于(即高于)或等于第一材料1126的HOMO能级，使得从第一材料1126向第三材料1124和第一电极1122的空穴传输不存在能垒。在一些实施例中，第三材料1124可足够薄，以允许空穴隧穿。因此，当放置于第一材料1126旁边时，第三材料1124可将光生空穴传输到阳极(例如第一电极1122)。在一些实施例中，颜色中和层可以是掺杂的。

在一些实施例中，第三材料1124的LUMO能级可以比第一材料1126的LUMO能级深(即低)，如图11C所示。在一些实施例中，第三材料1124的发射光谱可与第一材料1126或第二材料1128的吸收光谱重叠，因此第三材料1124可对光电流有贡献。

图11E和图11F例示了中性颜色的TPV器件1140的示例的能级对齐和结构。中性颜色的TPV器件1140也可以包括第一电极1142(例如阳极)、第一材料1144(例如供体材料)、第二材料1146(例如受体材料)、第二电极1150(例如阴极)以及在第二电极1150与第二材料1146之间的第三材料1148。第二材料1146可具有比第一材料1144的HOMO能级深的HOMO能级和比第一材料1144的LUMO能级深的LUMO能级，以促进材料1和材料2中生成的激子的解离。

在中性颜色的TPV器件1140中，第三材料(1148)可以是良好的电子传输材料，并且可以具有比第二材料的LUMO能级深或与其相等的LUMO能级，使得从第二材料1146到第三材料1148和第二电极1150的电子传输不存在能垒。在一些实施例中，第三材料1148可足够薄，以允许空穴隧穿。因此，当第三材料1148被置于第二材料1146(例如受体材料)旁边时，第三材料1148可以将光生电子传输到阴极(例如第二电极1150)，而没有能垒。在一些实施例中，颜色中和层可以是掺杂的。在一些实施例中，第三材料1148的发射光谱可与第一材料1144或第二材料1146的吸收光谱重叠，因此第三材料1148可对光电流有贡献。

图11G和图11H例示了中性颜色的TPV器件1160的示例的能级对齐和结构。中性颜色的TPV器件1160也可以包括第一电极1162(例如阳极)、第一材料1166(例如供体材料)、第二材料1168(例如受体材料)、第二电极1170(例如阴极)、在第一电极1162与第一材料1164之间的第三材料1164以及在第二电极1170与第二材料1168之间的第四材料1172。第三材料1164和第四材料1172可以用作供体和受体的任一侧上的平面层，以实现总体中性颜色TPV。第三材料1164可以具有与第一材料1166类似或更浅的HOMO能级，以将空穴传输到阳极，而没有任何能垒。第四材料1172与第二材料1168相比可具有类似或更深的LUMO能级，以将电子高效地传输至阴极，而没有任何能垒。

图12A至图12J例示了根据某些实施例的中性颜色的TPV器件的示例的器件结构和能级对齐。在图12A至图12J所示的示例中，中性颜色的TPV器件分别包括三种或更多种材料，这些材料可至少包括供体材料、受体材料和可见光吸收颜色中和材料。在不同的器件中，三种或更多种材料的成分和能级以及器件中三种或更多种材料的层的构造或层叠可以不同。在图12A至图12J所示的示例中，第一材料和第二材料可以是供体和受体材料，这些材料可以吸收紫外光波段和近红外光波段中的光，并且可以混合，以形成混合异质结、体异质结或梯度异质结，如以上关于图1B所述。第三材料可以在可见光波段中具有吸收性，并且在一些实施例中，可以在近红外光或紫外光波段中也具有吸收性。尽管在图12A至图12J中未示出，但图12A至图12J所示的中性颜色的TPV器件可以包括一些其它材料层，例如关于图1A和图3所示和讨论的一个或多个缓冲层。

图12A和图12B例示了中性颜色的TPV器件1200的示例的能级对齐和结构。中性颜色的TPV器件1200可以包括第一电极1202(例如阳极)、与第二材料1208混合的第一材料1206、第二电极1210(例如阴极)和在第一电极1202与由第一材料1206和第二材料1208形成的混合异质结之间的第三材料1204。第二材料1208可具有比第一材料1206的HOMO能级深的HOMO能级，并且可以具有比第一材料1206的LUMO能级深的LUMO能级。

在中性颜色的TPV器件1200中，第三材料1204可以形成平面层，并且可以是良好的空穴传输材料。第三材料1204的HOMO能级可以比第一材料1206的HOMO能级浅或与其相等，使得从第一材料1206的HOMO能级到第三材料1204的HOMO能级和阳极(例如第一电极1202)的空穴传输不存在能垒。因此，当放置于第一材料1206(例如供体材料)旁边时，第三材料1204可将光生空穴传输到阳极(例如第一电极1202)。在如图12A所示的第三材料1204的LUMO能级比第二材料1208(例如受体材料)的LUMO能级浅的实施例中，在第三材料1204中生成的激子可以在第二材料1208与第三材料1204之间的界面处解离，因此第三材料1204可以对光电流有贡献。如果第三材料1204的LUMO能级深于或等于第二材料1208的LUMO能级，则第三材料1204可能对光电流没有贡献。

图12C和图12D例示了中性颜色的TPV器件1220的示例的能级对齐和结构。中性颜色的TPV器件1220也可以包括第一电极1222(例如阳极)、与第二材料1226混合的第一材料1224、第二电极1230(例如阴极)和在第二电极1230与由第一材料1224和第二材料1226形成的混合异质结之间的第三材料1228。第二材料1226可具有比第一材料1224的HOMO能级深的HOMO能级，并且可以具有比第一材料1224的LUMO能级深的LUMO能级。

在中性颜色的TPV器件1220中，第三材料1228可以形成平面层，并且可以是良好的电子传输材料。第三材料1228的LUMO能级可以比第二材料1226的LUMO能级深或与其相等，使得从第二材料1226的LUMO能级到第三材料1228的LUMO能级和阴极(例如第二电极1230)的电子传输不存在能垒。因此，当放置于第二材料1226(例如受体材料)旁边时，第三材料1228可将光生电子传输到阴极(例如第二电极1230)。在第三材料1228的HOMO能级比第一材料1224(例如供体材料)的HOMO能级深的实施例中，在第三材料1228中生成的激子可以在第一材料1224与第三材料1228之间的界面处解离，因此第三材料1228可以对光电流有贡献。如果第三材料1228的HOMO能级浅于或等于第一材料1224的HOMO能级，则第三材料1228可能对光电流没有贡献。

图12E和图12F例示了中性颜色的TPV器件1240的示例的能级对齐和结构。中性颜色的TPV器件1240可包括第一电极1242(例如阳极)、与第二材料1246混合的第一材料1244、与第四材料1250混合的第三材料1248以及第二电极1252(例如阴极)。第二材料1246可具有比第一材料1244的HOMO能级深的HOMO能级和比第一材料1244的LUMO能级深的LUMO能级。

在中性颜色的TPV器件1240中，第一材料1244的HOMO能级可以比第三材料1248的HOMO能级浅或与其相等，使得从第三材料1248到阳极(例如第一电极1242)的空穴传输不存在势垒。类似地，第四材料1250的LUMO能级可以深于或等于第二材料1246的LUMO能级，使得从第二材料1246到阴极(例如第二电极1252)的电子传输不存在势垒。因此，所有四种材料都可以对中性颜色的TPV器件1240中的光电流有贡献。在一些实施例中，第一材料1244和第三材料1248可为相同供体材料。在一些实施例中，第二材料1246和第四材料1250可为相同受体材料。可以选择这四种材料，使得它们在可见光波段中具有互补的吸收光谱，以实现中性颜色的TPV器件1240的总体中性颜色。

图12G和图12H例示了中性颜色的TPV器件1260的示例的能级对齐和结构。中性颜色的TPV器件1260可包括第一电极1262(例如阳极)、与第二材料1266混合的第一材料1264、第三材料1268、第四材料1270以及第二电极1272(例如阴极)。第三材料1268和第四材料1270可以用作供体和受体的任一侧上的平面层，以实现总体中性颜色TPV。第三材料1168可以具有与第一材料1164类似或更浅的HOMO能级，以将空穴传输到阳极，而没有任何能垒。第四材料1270与第二材料1266相比可具有类似或更深的LUMO能级，以将电子高效地传输至阴极，而没有任何能垒。

图12I和图12J例示了中性颜色的TPV器件1280的示例的能级对齐和结构。中性颜色的TPV器件1280可包括第一电极1282(例如阳极)、与第二材料1286混合的第一材料1284、第三材料1290以及第二电极1290(例如阴极)。在中性颜色的TPV器件1280中，第三材料1290不在第一电极1282与第二电极1288之间。第三材料1290可以用作光层，以中和中性颜色的TPV器件的颜色，但是可能对光电流没有贡献。由于第三材料1290对光电流没有贡献，因此其能级可以不考虑第一材料1284和第二材料1286的能级而定位。在一些实施例中，第三材料1290可以是钝化材料，其可以吸收可见光，但是可能不生成光电流(例如可以替代地生成热量)。

图13A至图13B例示了根据某些实施例的中性颜色TPV器件1300的示例的器件构造和能级对齐。中性颜色的TPV器件1300可以包括三种或更多种材料，这些材料可至少包括供体材料、受体材料和可见光吸收颜色中和材料。第一材料和第二材料可以包括可以吸收紫外光波段和近红外光波段中的光的供体材料和受体材料。第三材料可以在可见光波段中具有吸收性，并且在一些实施例中，可以在近红外光和/或紫外光波段中也具有吸收性。第一材料、第二材料和第三材料可以混合，以形成如以上关于图1B所述的三元共混物。

中性颜色的TPV器件1300可以包括第一电极1302(例如阳极)、第二电极1310以及第一材料1304、第二材料1306和第三材料1308的三元共混物。在三元共混物中，将所有三种(或更多种)材料混合在一起。第一材料1304和第二材料1306是透光PV的活性材料，且可以对光电流有贡献。如上所述，第三材料1308可以对光电流有贡献或没有贡献，这取决于其与第一材料1304和第二材料1306的能级对齐。尽管在图13A至图13B中未示出，但中性颜色的TPV器件1300可以包括一些其它材料层，例如关于图1A和图3所示和讨论的一个或多个缓冲层。

以上关于图11A至图13的中性颜色的TPV器件描述的材料的各种组合也可用于电反转器件和串联器件。制造并测量了根据上述结构的器件的一些示例。

图14例示了根据某些实施例的包括可见光吸收光层1470的中性颜色的TPV器件1400的示例。中性颜色的TPV器件1400可以是上面关于图11A和图11B描述的中性颜色的TPV器件1100的具体示例。如图例示的，中性颜色的TPV器件1400也可以包括透光基板1410(例如玻璃基板)、第一电极1420、空穴传输层1430、包括混合的电子供体和受体层(例如供体:C₆₀)的光伏材料层1440、电子传输(或缓冲)层1450、以及可以包括例如薄ITO层和/或Ag层的第二电极1460(例如阴极)。光伏材料层可吸收紫外光和近红外光波段中的光，以生成光电流。

可见光吸收光层1470可以包括例如苝四羧酸双苯并咪唑(PTCBI)：

PTCBI可以吸收可见光和近红外光。可见光吸收光层1470可以用作光层，以中和中性颜色的TPV器件1400的颜色，但是可能对光电流没有贡献。由于可见光吸收光层1470对光电流没有贡献，因此其能级可以是任何位置。可以调整可见光吸收光层1470的厚度，以调整中性颜色的TPV器件1400的总体光吸收光谱。

图15例示了根据某些实施例的包括具有不同厚度的可见光吸收光层的中性颜色的TPV器件(例如中性颜色的TPV器件1400)的示例的模拟透射光谱。例如，光谱1510示出了当在中性颜色的TPV器件1400中没有PTCBI层(例如可见光吸收光层1490)时中性颜色的TPV器件1400的透射光谱。光谱1520-1560示出了当PTCBI层(例如可见光吸收光层1490)分别具有10nm、20nm、30nm、40nm和50nm的厚度时中性颜色的TPV器件1400的透射光谱。如图所示，增加PTCBI层的厚度可以增加中性颜色的TPV器件在可见光和近红外光波段中的吸收。在图15所示的示例中，当PTCBI层为大约50nm时，中性颜色的TPV器件1400在可见光波段中可具有大致平坦的透射光谱。

图16例示了根据某些实施例的包括具有不同厚度的可见光吸收光层的中性颜色的TPV器件(例如中性颜色的TPV器件1400)的可见光透过示例的颜色坐标的示例。例如，光谱1610示出了在透过具有不同厚度(例如0nm、10nm、20nm、30nm、40nm和50nm)的PTCBI层并因此具有不同AVT值的中性颜色的TPV器件之后的白光的模拟a*值，如图15所示。光谱1620示出了在透过具有不同厚度(例如0nm、10nm、20nm、30nm、40nm和50nm)的PTCBI层并因此具有不同AVT值的中性颜色的TPV器件之后的白光的模拟b*值，如图15所示。如图所示，当PTCBI层为约50nm时，透过中性颜色的TPV器件的白光的a*和b*的值可接近(0，0)，例如在[-5，5]内，这也表明器件是中性颜色的。

图17例示了根据某些实施例的中性颜色的TPV器件的示例的实验测量的透射光谱1710。如上所述，中性颜色的TPV器件可以包括可见光吸收材料，该可见光吸收材料的吸收光谱与中性颜色的TPV器件的层的叠层中的紫外光/近红外光吸收材料互补。可见光吸收材料和紫外光/近红外光吸收材料可以产生平坦的透射光谱并实现中性的透射颜色。例如，如图17所示，由于PTCBI在可见光波段中对UE-D-100:C₆₀的互补吸收特性，可以跨可见光谱实现平坦的透射光谱1710，这可以导致中性的透射颜色。

图18是例示了根据某些实施例的用于制造中性颜色的TPV器件的方法的示例的简化流程图1800。流程图1800可以开始于框1805，其中，提供透光基板。应当理解，有用的透光基板可以包括可透可见光的基板(例如玻璃、塑料、石英等)。柔性和刚性基板可用于各个实施例。可选地，透光基板设置有在顶面和/或底面上预先施加的一个或多个光层。

在框1810，在透光基板上或上方(例如在透光基板的顶面和/或底面上)可选地形成一个或多个光层。可选地，一个或多个光层形成在其他材料(例如居间层或材料(例如透光导体))上。可选地，一个或多个光层定位为与可透可见光的基板相邻和/或接触。应当理解，光层的形成是可选的，并且一些实施例可不包括与透光基板相邻和/或接触的光层。光层可以使用各种方法来形成，包括但不限于一种或多种化学沉积方法(例如电镀、化学溶液沉积、旋涂、浸涂、化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积和原子层沉积)、或者一种或多种物理沉积方法(例如热蒸发、电子束蒸发、分子束外延、溅射、脉冲激光沉积、离子束沉积和电喷雾沉积)。应当理解，有用的光层包括可透可见光的光层。有用的光层包括提供一种或多种光学特性的光层，光学特性包括例如抗反射特性、波长选择性反射或分布布拉格反射特性、折射率匹配特性、封装性等。有用的光层可以可选地包括可透过紫外光和/或近红外光的光层。然而，根据构造，一些光层可以可选地提供被动红外光和/或紫外光吸收。可选地，光层可包括本文所描述的可见光吸收材料。

在框1815，形成透光电极。如上所述，透光电极可以包括氧化铟锡薄膜或其它透光导电膜，例如薄金属膜(例如Ag、Cu等)、包括薄金属膜(例如Ag、Cu等)和介电材料的多层叠层、或导电有机材料(例如导电聚合物等)。应当理解，透光电极包括可透可见光的电极。透光电极可使用一种或多种沉积工艺来形成，沉积工艺包括真空沉积技术(例如原子层沉积、化学气相沉积、物理气相沉积、热蒸发、溅射沉积、外延等)。在一些情况下，也可以使用基于溶液的沉积技术(例如旋涂)。另外，透光电极可以通过微制造技术(例如光刻、剥离、蚀刻等)来图案化。

在框1820，可选地形成一个或多个缓冲层，例如在透光电极上。缓冲层可以使用各种方法来形成，包括但不限于一种或多种化学沉积方法(例如电镀、化学溶液沉积、旋涂、浸涂、化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积和原子层沉积)、或者一种或多种物理沉积方法(例如热蒸发、电子束蒸发、分子束外延、溅射、脉冲激光沉积、离子束沉积和电喷雾沉积)。应当理解，有用的缓冲层包括可透可见光的缓冲层。有用的缓冲层包括用作电子传输层、电子阻挡层、空穴传输层、空穴阻挡层、光学间隔物、物理缓冲层、电荷复合层或电荷生成层的缓冲层。在一些实施例中，缓冲层可以可选地包括本文所描述的可透可见光的光活性化合物。

在框1825，形成一个或多个光活性层，例如在缓冲层或透光电极上。如上所述，光活性层可以包括电子受体层和电子供体层或电子供体和受体(例如UE-D-100:C₆₀)的共沉积层。有用的光活性层包括包含本文所描述的可透可见光的光活性化合物的光活性层。如上所述，在一些实施例中，光活性层还可以包括可见光吸收材料(例如PTCBI或C₇₀)，其可以具有在可见光波段中与可透可见光的光活性化合物的透射光谱互补的透射光谱，以实现中性透射颜色。光活性层可以使用各种方法来形成，包括但不限于一种或多种化学沉积方法(例如电镀、化学溶液沉积、旋涂、浸涂、化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积和原子层沉积)、或者一种或多种物理沉积方法(例如热蒸发、电子束蒸发、分子束外延、溅射、脉冲激光沉积、离子束沉积和电喷雾沉积)。

在一些示例中，可用于光活性层的可透可见光的光活性化合物可使用真空沉积技术(例如热蒸发)来沉积。真空沉积可在真空室中进行，例如在约10^-5托至约10^-8托的压力下。在一个示例中，真空沉积可在约10^-7托的压力下进行。如上所述，可以应用各种沉积技术。在一些实施例中，使用热蒸发。热蒸发可包括将待沉积的材料源(即，可透可见光的光活性化合物)加热至200℃至1800℃之间的温度。可以选择材料源的温度，以便实现约0.01nm/s至约1nm/s之间的薄膜生长速率。例如，可以使用0.1nm/s的薄膜生长速率。这些生长速率可用于在几分钟至几小时的过程中生成厚度在约1nm至1800nm之间的薄膜。应当理解，被沉积的材料的各种特性(例如分子量、挥发性、热稳定性)可以支配或影响源温度或最高有用源温度。例如，被沉积的材料的热分解温度可能限制源的最高温度。作为另一示例，与不太挥发的材料相比，高挥发性的被沉积材料可能需要较低的源温度来实现目标沉积速率，在不太挥发的材料中，可能需要较高的源温度来实现目标沉积速率。当从源蒸发被沉积的材料时，可以在较低温度下将其沉积在表面(例如基板、光层、透光电极、缓冲层等)上。例如，表面可以具有约10℃至约100℃的温度。在一些情况下，可以主动控制表面的温度。在一些情况下，可以不主动控制表面的温度。

在框1830，可选地形成一个或多个缓冲层，例如在光活性层上。在框1830形成的缓冲层可以与在框1820形成的缓冲层类似地形成。应当理解，框1820、1825和1830可以重复一次或多次，以便形成包括光活性层和可选的各种缓冲层的材料的多层叠层。

在框1835中，形成第二透光电极，例如在缓冲层或光活性层上。第二透光电极可以使用适用于在框1815形成第一透光电极的技术来形成。

在框1840，可选地形成一个或多个额外光层，例如在第二透光电极上。如以上关于图11A、图11B和图14至图16所描述的，在一些实施例中，光层可包括可见光吸收材料(例如PTCBI)，其可以对光电流没有贡献，但可具有在可见光波段中与可透可见光的光活性材料的透射光谱互补的透射光谱，以实现中性透射颜色。

应当理解，图18所例示的具体步骤提供了根据本发明的各种实施例的制造可透可见光的光伏器件的特定方法。根据替代实施例，也可以执行其它步骤顺序。例如，本发明的替代实施例可以以不同的顺序执行上述步骤。而且，图18所例示的各个步骤可以包括多个子步骤，这些子步骤可以以适合于各个步骤的各种顺序来执行。此外，根据特定应用，可以添加或移除额外步骤。应当理解，可以使用许多变更、修改和替换。

图18所示的方法可以可选地扩展到用于生成电能的方法。例如，用于生成电能的方法可包括：提供可透可见光的光伏器件，例如通过根据该方法制造可透可见光的光伏器件。用于生成电能的方法还可包括：将可透可见光的光伏器件暴露于可见光、紫外光和/或近红外光，以驱动电子-空穴对的形成和分离，如上所述，例如用于生成电能。可透可见光的光伏器件可以包括本文所描述的可透可见光的光活性化合物作为光活性材料、缓冲材料和/或光层。

根据本发明的实施例，本文讨论并在附图中例示的一个或多个器件结构可以在光活性层与透光电极之间利用各种类型的缓冲层。这些缓冲层可用于提供光学、电子或形态学益处，从而导致改善的太阳能电池性能、美观、制造和/或稳定性。

图19例示了用于制造光伏器件(例如可透可见光的光伏器件100、器件结构600、800、1000、1200、1400、1700或其任意组合)的方法1900。在各个实施例中，光伏器件可以是可透可见光的或者可以是不透光的。例如，在一些实施例中，参考方法1900描述为可透可见光的任何组件可以是不透光的。方法1900可以包括比图19中例示的步骤更多或更少的步骤。此外，方法1900的一个或多个步骤可以以与图19所例示的顺序不同的顺序执行。

方法1900开始于框1902，其中，提供基板(例如透光基板)。应当理解，有用的透光基板包括可透可见光的基板(例如玻璃、塑料、石英等)。柔性和刚性基板可用于各个实施例。可选地，透光基板设置有在顶面和/或底面上预先形成的一个或多个光层。

在框1904，在透光基板上或上方(例如在透光基板的顶面和/或底面上)可选地形成一个或多个光层。可选地，一个或多个光层形成在其他材料(例如居间层或材料(例如透光导体))上。可选地，一个或多个光层定位为与可透可见光的基板相邻和/或接触。应当理解，光层的形成是可选的，并且一些实施例可不包括与透光基板相邻和/或接触的光层。光层可以使用各种方法来形成，包括但不限于一种或多种化学沉积方法(例如电镀、化学溶液沉积、旋涂、浸涂、狭缝挤压涂布、刮涂、喷涂、化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积和原子层沉积)、或者一种或多种物理沉积方法(例如热蒸发、电子束蒸发、分子束外延、溅射、脉冲激光沉积、离子束沉积和电喷雾沉积)。应当理解，有用的光层包括可透可见光的光层。有用的光层包括提供一种或多种光学特性的光层，光学特性包括例如抗反射特性、波长选择性反射或分布布拉格反射特性、折射率匹配特性、封装性等。有用的光层可以可选地包括可透过紫外光和/或近红外光的光层。然而，根据构造，一些光层可以可选地提供被动红外光和/或紫外光吸收。可选地，光层可以包括本文所描述的可透可见光的光活性化合物。

在框1906，形成第一(例如底部)电极(例如第一透光电极)。如上所述，透光电极可以对应于ITO薄膜或其它透光导电膜，例如薄金属膜(例如Ag、Cu等)、包括薄金属膜(例如Ag、Cu等)和介电材料的多层叠层、或导电有机材料(例如导电聚合物等)。应当理解，透光电极包括可透可见光的电极。透光电极可使用一种或多种沉积工艺来形成，沉积工艺包括真空沉积技术(例如原子层沉积、化学气相沉积、物理气相沉积、热蒸发、溅射沉积、外延等)。在一些情况下，也可以使用基于溶液的沉积技术(例如旋涂)。另外，透光电极可以通过微制造技术(例如光刻、剥离、蚀刻等)来图案化。

在框1908，可选地形成一个或多个缓冲层，例如在透光电极上。缓冲层可以使用各种方法来形成，包括但不限于一种或多种化学沉积方法(例如电镀、化学溶液沉积、旋涂、浸涂、化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积和原子层沉积)、或者一种或多种物理沉积方法(例如热蒸发、电子束蒸发、分子束外延、溅射、脉冲激光沉积、离子束沉积和电喷雾沉积)。应当理解，有用的缓冲层包括可透可见光的缓冲层。有用的缓冲层包括用作电子传输层、电子阻挡层、空穴传输层、空穴阻挡层、光学间隔物、物理缓冲层、电荷复合层或电荷生成层的缓冲层。在一些情况下，所公开的可透可见光的光活性化合物可以用作缓冲层材料。例如，缓冲层可以可选地包括本文所描述的可透可见光的光活性化合物。

在框1910，形成一个或多个光活性层，例如在缓冲层或透光电极上。如上所述，光活性层可以包括电子受体层和电子供体层或电子供体和受体的共沉积层。光活性层可以使用各种方法来形成，包括但不限于一种或多种化学沉积方法(例如电镀、化学溶液沉积、旋涂、浸涂、化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积和原子层沉积)、或者一种或多种物理沉积方法(例如热蒸发、电子束蒸发、分子束外延、溅射、脉冲激光沉积、离子束沉积和电喷雾沉积)。

在一些实施例中，框1910可以包括：形成一个或多个体异质结(BHJ)活性层。例如在框1918，形成第一BHJ活性层。在一些实施例中，第一BHJ活性层形成于在框1906形成的第一透光电极上或在框1908形成的缓冲层上。第一BHJ活性层可包括电子供体材料(即，第一电子供体材料)和电子受体材料(即，第一电子受体材料)的共混物(即，第一共混物)。第一BHJ活性层可具有由(例如等于)第一电子供体材料的HOMO能级的HOMO能级(即，第一HOMO能级)表征和由(例如等于)第一电子受体材料的LUMO能级的LUMO能级(即，第一LUMO能级)表征。

第一BHJ活性层可以是电子供体材料(包括第一电子供体材料)和电子受体材料(包括第一电子受体材料)的二元、三元、四元或更高阶共混物。第一BHJ活性层可以用激子阻挡层、空穴阻挡层或电子阻挡层涂布。在一些实施例中，激子阻挡层、空穴阻挡层或电子阻挡层布置(例如沉积)在第一BHJ活性层与第一透光电极之间。

作为另一示例，在框1920，形成第二BHJ活性层。在一些实施例中，第二BHJ活性层形成于在框1918形成的第一BHJ活性层上。第二BHJ活性层可包括电子供体材料(即，第二电子供体材料)和电子受体材料(即，第二电子受体材料)的共混物(即，第二共混物)。第二BHJ活性层可具有由(例如等于)第二电子供体材料的HOMO能级的HOMO能级(即，第二HOMO能级)表征和由(例如等于)第二电子受体材料的LUMO能级的LUMO能级(即，第二LUMO能级)表征。

第二BHJ活性层可以是电子供体材料(包括第二电子供体材料)和电子受体材料(包括第二电子受体材料)的二元、三元、四元或更高阶共混物。第二BHJ活性层可以用激子阻挡层、空穴阻挡层或电子阻挡层涂布。在一些实施例中，激子阻挡层、空穴阻挡层或电子阻挡层布置在第二BHJ活性层与第二透光电极之间。

在一些实施例中，第一BHJ活性层可具有与第二BHJ活性层不同的电子供体材料(例如第一电子供体材料可不同于第二电子供体材料)。在一些实施例中，第一BHJ活性层可与第二BHJ活性层共享电子供体材料(例如第一电子供体材料可与第二电子供体材料相同)。在一些实施例中，第一BHJ活性层可具有与第二BHJ活性层不同的电子受体材料(例如第一电子受体材料可不同于第二电子受体材料)。在一些实施例中，第一BHJ活性层可与第二BHJ活性层共享电子受体材料(例如第一电子受体材料可与第二电子受体材料相同)。

在各个实施例中，第一LUMO能级和第二LUMO能级可在彼此的100meV、200meV、300meV、400meV或500meV内。在各个实施例中，第一HOMO能级和第二HOMO能级可在彼此的100meV、200meV、300meV、400meV或500meV内。

在一些实施例中，第一BHJ活性层可具有一个或多个峰值吸收波长，这些波长是第一BHJ活性层对辐射的吸收表现出峰值的波长。在一些实施例中，第二BHJ活性层可具有一个或多个峰值吸收波长，这些波长是第二BHJ活性层对辐射的吸收表现出峰值的波长。在一些实施例中，第一BHJ活性层的峰值吸收波长至少部分地与第二BHJ活性层的峰值吸收波长互补。在这样的实施例中，第一BHJ活性层的峰值吸收波长从第二BHJ活性层的峰值吸收波长偏移至少波长偏移量，以便提供更宽的光谱覆盖。在各个实施例中，波长偏移量可以是50nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm或其间的任何值。

在框1912，可选地形成一个或多个缓冲层，例如在光活性层上。在框1912形成的缓冲层可以与在框1908形成的缓冲层类似地形成。

在框1914，形成第二(例如顶部)电极(例如第二透光电极)。第二透光电极可以形成在缓冲层或光活性层上。第二透光电极可以使用适用于在框515形成第一透光电极的技术来形成。

在框1916，可选地形成一个或多个额外光层，例如在第二透光电极上。

方法1900可以可选地扩展到对应于用于生成电能的方法。例如，用于生成电能的方法可包括：提供可透可见光的光伏器件，例如通过根据方法1900制造可透可见光的光伏器件。用于生成电能的方法还可包括：将可透可见光的光伏器件暴露于可见光、紫外光和/或近红外光，以驱动电子-空穴对的形成和分离，例如用于生成电能。可透可见光的光伏器件可以包括本文所描述的可透可见光的光活性化合物作为光活性材料、缓冲材料和/或光层。

本发明中的所有参考文献(例如包括发布或授权专利或等同物的专利文献；专利申请公报；和非专利文献或其它原材料)的全部内容在此以引用的方式并入本文，如同通过引用单独并入。

本发明中提及的所有专利和公报都指示本发明所属领域的技术人员的水平。本文引用的参考文献的全部内容以引用的方式并入本文，以指示现有技术，在某些情况下截至其提交日期，并且预期的是如果需要，则可以在本文中采用该信息，以排除(例如拒绝承认)现有技术中的具体实施例。例如，当要求保护化合物时，应当理解，现有技术中已知的化合物(包括本文公开的参考文献(特别是参考专利文献)中公开的某些化合物)不旨在包括在权利要求中。

当在本文中公开了一组取代物时，应当理解，这些组的所有单独成员以及可以使用取代物形成的所有子组和类别都单独公开。当本文使用马库什组或其它分组时，该组的所有单独成员和该组的所有可能的组合和子组合旨在单独地包括在本发明中。如本文所用的，“和/或”是指列表中由“和/或”分开的项的一者、全部或任何组合包括在列表中；例如，“1、2和/或3”等同于“‘1’或‘2’或‘3’或‘1和2’或‘1和3’或‘2和3’或‘1、2和3’”。

除非另有陈述，否则所描述或示例的每种制剂或化合物的组合可用于实践本发明。材料的具体名称旨在是示例性的，因为已知本领域技术人员可以不同地命名相同的材料。应当理解，除了具体示例的方法、器件元件、起始材料和合成方法之外的方法、器件元件、起始材料和合成方法可以用于本发明的实践中，而不需要采取过度的实验。任何这些方法、器件元件、起始材料和合成方法的所有本领域已知的功能等同物都旨在包括在本发明中。无论何时在说明书中给出范围(例如温度范围、时间范围或成分范围)，所有中间范围和子范围以及包括在所给范围中的所有单个值都旨在包括在本发明中。

如本文所用的，“包括”与“包含”、“具有”或“由…表征”同义，并且是包括性的或开放式的，并且不排除另外的未列举的元素或方法步骤。如本文所用的，“由……构成”排除权利要求元素中未指定的任何元素、步骤或成分。如本文所用的，“基本上由……构成”不排除实质上不影响权利要求的基本和新颖特性的材料或步骤。本文中任何对术语“包括”的叙述，特别是在对成分的组分的描述或对器件的元件的描述中，应被理解为包括基本上由所述组分或元件构成和由所述组分或元件构成的成分和方法。本文说明性描述的本发明可以在缺少任何未在本文具体公开的一个或多个元素、一个或多个限制的情况下适当地实践。

如本文所用的，在描述所公开实施例的上下文中(尤其是在以下权利要求的上下文中)的术语“一”、“一个”、“所述”以及类似的参考应被解释为覆盖单数和复数，除非本文另有指示或与上下文明显矛盾。术语“连接”应被解释为部分或全部包含在...内、附接到或联结在一起，即使存在某些介入物。除非本文另有指示，否则本文中对数值范围的叙述仅旨在用作单独提及落入该范围内的各个单独值的速记方法，并且各个单独值被结合到说明书中，如同其在本文中被单独叙述一样。除非另有要求，否则本文提供的任何和所有示例或示例性语言(例如“例如”)的使用仅旨在更好地例示本发明的实施例，而不是对本发明的范围施加限制。说明书中的语言不应被解释为指示任何未要求保护的元素对于本发明的实践是必要的。

除非另外具体说明，否则例如短语“X、Y或Z中的至少一者”的分离性语言旨在上下文内理解为一般用于呈现项、术语等可以是X、Y或Z中任一者或其任何组合(例如X、Y和/或Z)。因此，这种分离性语言通常不旨在并且不应当暗示某些实施例需要X中的至少一者、Y中的至少一者或Z中的至少一者分别存在。

本说明书中可以使用的一些材料(例如一些近红外光或紫外光吸收材料)的缩写包括：

TPBi：2,2’,2”-(1,3,5-苯三基)-三(1-苯基-1-H-苯并咪唑)

HAT-CN：双吡嗪并[2,3-f:2’,3’-h]喹喔啉-2,3,6,7,10,11-六甲腈

PTCBI:二苯并咪唑并[2,1-a:1’,2-b’]蒽[2,1,9-def:6,5,10-d’e’f’]二异喹啉-10,21-二酮

ITO：铟锡氧化物

所采用的术语和表述被用作描述性的术语而非限制性的术语，并且在使用这种术语和表述时不旨在排除所示出和描述的特征或其部分的任何等同物，但是应当认识到，在所要求保护的本发明的范围内，各种修改是可能的。因此，应当理解，尽管本发明已经通过优选实施例和可选特征具体公开，但是本领域技术人员可以采取本文公开的概念的修改和变型，并且这种修改和变化被认为在如由所附权利要求限定的本发明的范围内。

Claims

1.一种可透可见光的光伏器件，包括：

可透可见光的基板；

第一可透可见光的电极，其联接到所述可透可见光的基板；

第二可透可见光的电极；

可透可见光的光活性层，其在所述第一可透可见光的电极与所述第二可透可见光的电极之间，所述可透可见光的光活性层被构造为将近红外(NIR)光或紫外(UV)光中的至少一者转换成光电流并且由在NIR或UV光谱中具有峰值的吸收光谱表征；和

可见光吸收材料，其由在可见光谱中具有第二峰值的第二吸收光谱表征，其中，所述第二吸收光谱与所述吸收光谱互补。

2.根据权利要求1所述的可透可见光的光伏器件，其中，所述可透可见光的光伏器件由跨所述可见光谱的平坦透射曲线表征，所述平坦透射曲线在450nm至650nm波长之间具有小于30％的透射百分比的绝对变化。

3.根据权利要求2所述的可透可见光的光伏器件，其中，所述透射百分比的绝对变化小于10％。

4.根据权利要求1所述的可透可见光的光伏器件，其中，所述可透可见光的光伏器件由在国际照明委员会(CIE)L*a*b*(CIELAB)颜色空间中的在-10至10之间的透射a*和b*值表征。

5.根据权利要求4所述的可透可见光的光伏器件，其中，所述可透可见光的光伏器件由在所述CIELAB颜色空间中的在-5至5之间的透射a*和b*值表征。

6.根据权利要求1所述的可透可见光的光伏器件，其中，所述可透可见光的光伏器件由在所述CIELAB颜色空间中的负透射a*值和负透射b*值表征。

7.根据权利要求1所述的可透可见光的光伏器件，其中，所述可透可见光的光伏器件由大于40％的平均可见光透射率(AVT)表征。

8.根据权利要求1所述的可透可见光的光伏器件，其中，所述可透可见光的光活性层包括供体材料和受体材料。

9.根据权利要求1所述的可透可见光的光伏器件，其中，所述可见光吸收材料包括在所述可透可见光的光活性层中。

10.根据权利要求1所述的可透可见光的光伏器件，其中，所述可见光吸收材料包括在所述可透可见光的光伏器件的光层中。

11.根据权利要求1所述的可透可见光的光伏器件，其中，所述可见光吸收材料与所述光活性层共混在三元或四元共混物中。

12.根据权利要求1所述的可透可见光的光伏器件，其中，所述可见光吸收材料布置在所述第一电极与所述光活性层之间。

13.根据权利要求1所述的可透可见光的光伏器件，其中，所述可见光吸收材料布置在所述光活性层与所述第二电极之间。

14.根据权利要求1所述的可透可见光的光伏器件，其中，所述可见光吸收材料布置在所述第二电极上方。

15.根据权利要求1所述的可透可见光的光伏器件，其中，还包括第二可见光吸收材料，所述第二可见光吸收材料由在所述可见光谱中具有第三峰值的第三吸收光谱表征，其中，所述第三吸收光谱与所述吸收光谱和所述第二吸收光谱互补，其中，所述第一可见光吸收材料布置在所述第一电极与所述光活性层之间，所述第二可见光吸收材料布置在所述光活性层与所述第二电极之间。

16.根据权利要求1所述的可透可见光的光伏器件，其中，还包括第二可见光吸收材料，所述第二可见光吸收材料由在所述可见光谱中具有第三峰值的第三吸收光谱表征，其中，所述第三吸收光谱与所述吸收光谱和所述第二吸收光谱互补，其中，所述第一可见光吸收材料布置在所述第一电极与所述第二电极之间，所述第二可见光吸收材料布置在所述第二电极上方。

17.根据权利要求1所述的可透可见光的光伏器件，其中，所述可见光吸收材料包括在光活性二元、三元或四元共混物中，所述光活性二元、三元或四元共混物布置在所述第一可透可见光的电极与所述第二可透可见光的电极之间。

18.一种制造可透可见光的光伏器件的方法，所述方法包括：

提供可透可见光的基板；

形成第一可透可见光的电极，所述第一可透可见光的电极联接到所述可透可见光的基板；

形成第二可透可见光的电极；

在所述第一可透可见光的电极与所述第二可透可见光的电极之间形成可透可见光的光活性层，所述可透可见光的光活性层被构造为将近红外(NIR)光或紫外(UV)光中的至少一者转换成光电流并且由在NIR或UV光谱中具有峰值的吸收光谱表征；以及

结合可见光吸收材料，所述可见光吸收材料由在可见光谱中具有第二峰值的第二吸收光谱表征，其中，所述第二吸收光谱与所述吸收光谱互补。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述可透可见光的光伏器件由跨所述可见光谱的平坦透射曲线表征，所述平坦透射曲线在450nm至650nm波长之间具有小于30％的透射百分比的绝对变化。