KR20120018165A - 광기전력 전지를 위한 나노파티클 플라즈몬 산란층 - Google Patents

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KR20120018165A
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제이 파스
제이 천
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나노시스, 인크.
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Abstract

본 발명은 광기전력 전지에 사용하기 위한 나노파티클 조성물에 관한 것이다. 나노파티클은 산란과 파장 변환을 증가시켜 광기전력 전지의 효율을 증가시킨다. 예시적인 나노파티클은 콜로이드성 금속 및 형광성 나노파티클을 포함한다.

Description

광기전력 전지를 위한 나노파티클 플라즈몬 산란층{NANOPARTICLE PLASMON SCATTERING LAYER FOR PHOTOVOLTAIC CELLS}
본 발명은 광기전력 전지에 사용하기 위한 나노파티클 조성물에 관한 것이다. 나노파티클은 산란과 파장 변환을 증가시켜 광기전력 전지의 효율을 증가시키는데 사용된다.
광기전력 전지는 종종 광흡수 엘리먼트로서 실리콘과 같은 활성 영역 재료를 사용한다. 통상적으로, 이러한 재료는 적색 내지 적외선 영역에서보다 스펙트럼 중 청색 영역에서 더욱 강하게 흡수한다. 따라서, 광기전력 전지의 층은 종종, 태양광 스펙트럼의 적색 영역 내의 광자 (photon) 들 대부분을 흡수 (포획) 하도록 더욱 두껍게 제조된다. 그러나, 전지가 적색 광자들 대부분을 충분히 포획하도록 두껍게 만들어진다면, 청색 광자의 흡수 효율을 양보하게 된다. 이러한 2개의 경합하는 효과의 결과, 청색 광자들 중 일부는 재결합으로 손실되고 적색 광자들 중 일부는 완전한 광 흡수력의 부족으로 손실되는 타협이 발생한다.
광기전력 전지에 종종 사용되는 다른 접근법은 전지를 더 얇게 제조함으로써, 청색 광자에 의해 생성된 정공 전자 쌍들을 분리시키고, 전지의 활성 층들을 통과하는 경로 길이를 증가시키는 각도로 적색 광자가 이동하게 하도록 전지의 다양한 층들의 계면을 거칠게 하여 흡수력을 증가시킨다. 그러나, 이 표면 거칠기는 또한 층 계면에서 더 많은 재결합 위치들이 생성되게 하고 정공 전자 재결합을 향상시켜, 광전류를 감소시키고, 또한 비용과 시간이 걸리는 프로세스를 감소시킨다.
따라서, 태양광 스펙트럼 중 청색 및 근자외선 (UV) 광자 둘 모두뿐만 아니라 적색 및 근적외선 광자의 태양광 응답을 동시에 증가시킴으로써, 광기전력 전지의 효율을 증가시킬 수 있는 조성물 및 방법이 요구된다.
본 발명은 다양한 금속 및 형광성 나노파티클을 포함하는 조성물 및 방법을 제공함으로써 이러한 필요성을 만족시킨다. 나노파티클은 청색 광자를 보다 긴 파장으로 변환시키는 것과 적색 광자를 산란시키는 것 둘 모두를 제공한다.
실시형태에서, 본 발명은 하나 이상의 콜로이드성 금속 나노파티클을 포함하는 조성물을 제공하며, 이 조성물은 광기전력 전지의 실질적 투명 기판 상에 배치된다. 적절하게, 콜로이드성 금속 나노파티클은 Ag, Au, Cu 또는 Al을 포함하고, 약 50 nm 내지 약 800 nm의 사이즈, 약 100 nm 내지 약 800 nm의 사이즈, 또는 약 200 nm 내지 약 800 nm의 사이즈이다. 콜로이드성 금속 나노파티클은 구형, 반구형, 원통형 또는 원반형인 것이 적절하다.
예시적 실시형태에서, 조성물은 스핀-온 글래스 재료와 같은, 콜로이드성 금속 나노파티클을 캡슐화하는 유전체 재료를 포함한다.
적절하게, 이 조성물은 하나 이상의 형광성 나노파티클을 더 포함한다. 조성물은 금속 나노파티클과 형광성 나노파티클을 포함하는 하나의 층을 포함할 수 있고, 또는 적어도 2개의 층을 포함할 수 있고, 콜로이드성 금속 나노파티클과 형광성 나노파티클은 별개의 층에 있다.
본 발명에 실제로 사용하기 위한 예시적인 형광성 나노파티클은 CdSe, ZnSe, ZnTe, 및 InP 나노파티클을 포함하지만, 이것으로 제한되지 않는다. 적절하게, 형광성 나노파티클은 CdSe, ZnSe, ZnTe, 및 InP으로 구성된 그룹에서 선택된 코어, 및 코어를 둘러싸는 ZnS 및 CdS로 구성된 그룹에서 선택된 쉘을 포함한다. 코어는 Mn 또는 Cu로 도핑되는 것이 적절하다. 예시적 실시형태에서, 코어는 약 1 nm 내지 약 6 nm의 사이즈이고, 쉘은 약 2 nm 미만의 두께, 적절하게는 약 l
Figure pct00001
내지 약 10
Figure pct00002
의 두께이다.
예시적 실시형태에서, 투명 기판은 글래스를 포함한다. 추가적인 실시형태에서, 광기전력 전지는 하나 이상의 수소화된 비정질 실리콘 층을 포함한다. 적절하게, 광기전력 전지는 하나 이상의 수소화된 비정질 실리콘 층, 및 하나 이상의 수소화된 마이크로결정질 또는 수소화된 나노결정질 실리콘 층을 포함한다.
적절하게, (하나 이상의 수소화된 마이크로결정질 또는 수소화된 나노결정질 실리콘 층들 간의 계면들을 포함하는) 수소화된 비정질 실리콘 층들 간의 계면들은 실질적으로 텍스쳐화되지 않고 (non-textured), 추가적인 실시형태에서, 수소화된 비정질 실리콘 층들 간의 계면들, 및 수소화된 비정질 실리콘 층들과 광기전력 전지의 전극 사이의 계면들은 실질적으로 텍스쳐화되지 않는다.
적절하게, 조성물은 콜로이드성 나노파티클의 조성물 상에 배치된 실질적 투명 기판을 포함한다.
예시적 실시형태에서, 이 조성물은 Ag 콜로이드성 나노파티클과 ZnTe 또는 CdSe 나노파티클을 포함한다.
본 발명의 추가적인 특징 및 이점이 다음 설명에 상세히 설명되며, 본 상세한 설명으로부터 어느 정도 명확해질 것이며, 또는 본 발명의 실시예에 의해 학습될 수도 있다. 본 발명의 이점은 구조에 의해 인식되고 획득되며, 기재된 설명과 청구범위 그리고 첨부된 도면에서 특별히 지적된다.
상술한 대략적인 설명과 다음의 상세한 설명 둘 모두는 예시적이고 설명을 위한 것이며, 청구범위와 같이 본 발명의 추가적인 설명을 제공하는 것을 목적으로 한다는 것을 이해한다.
본원에 포함되고 상세한 설명의 일부를 형성하는 첨부된 도면은 본 발명의 예시이며, 또한, 상세한 설명과 함께, 본 발명의 원리를 설명하고 당업자로 하여금 본 발명을 제작하고 이용할 수 있게 하는 역할을 한다.
도 1a는 광기전력 전지의 실질적 투명 기판 상에 배치된 본 발명의 조성물을 도시한다.
도 1b는 하나의 층으로 제조된 본 발명의 조성물을 도시한다.
도 1c는 다수의 층으로 제조된 본 발명의 조성물을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 광기전력 전지를 제조하는 방법을 도시한다.
이제, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 설명할 것이다. 도면에서, 동일한 도면 부호는 동일하거나 기능적으로 유사한 엘리먼트를 나타낸다.
본원에 도시되고 설명된 특정 구현들은 본 발명의 실시예이며, 어떤 식으로든 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것이 아니라는 것을 이해한다. 실제로, 간결성을 위해서, 종래의 전자, 공정, 반도체 디바이스, 및 나노결정체, 나노파티클, 나노와이어 (NW), 나노로드, 나노튜브, 및 나노리본 테크놀러지 및 이 시스템의 다른 기능적인 양태 (및 이 시스템의 개별 동작 컴포넌트들의 컴포넌트) 를 본원에 설명하지 않을 수도 있다. 또한, 이 기술은 전기 시스템, 광학 시스템, 가전, 산업용 또는 군용 전자기기, 무선 시스템의 애플리케이션, 스페이스 애플리케이션, 또는 임의의 다른 애플리케이션에 적합하다.
본원에 사용된 용어 "나노파티클"은 약 1 nm 미만인 것을 포함하는, 약 500 nm 미만의 치수를 가진 특징적 치수 또는 적어도 하나의 영역을 갖는 파티클을 지칭한다. 본원에 사용된 용어 "나노파티클"은 양자 도트, 나노결정체, 나노와이어, 나노로드, 나노리본, 나노테트라포드 및 당업자에게 알려진 다른 유사한 나노구조체를 포함한다. 전체에 걸쳐서 기재된 나노파티클 (예를 들어, 나노결정체, 양자 도트, 나노와이어 등) 은 약 500 nm 미만의 적어도 하나의 특징적 치수를 적절하게 갖는다. 적절하게, 나노파티클은 약 500 nm 미만, 약 300 nm 미만, 약 200 nm 미만, 약 100 nm 미만, 약 50 nm 미만, 약 20 nm 미만, 약 15 nm 미만, 약 10 nm 미만 또는 약 5 nm 미만의 적어도 하나의 특징적 치수 (나노파티클의 폭 또는 길이를 가로지르는 치수) 이다. 나노와이어의 예는 국제 특허 출원 공개공보 WO 02/17362, WO 02/48701 및 WO 01/03208에 기재된 반도체 나노와이어, 탄소 나노튜브, 및 동일한 치수의 다른 세장형 도전성 또는 반도전성 구조체를 포함한다.
통상적으로, 특징 치수의 영역은 구조체의 최소 축을 따른다. 본 발명에 사용하기 위한 나노파티클은 모든 치수에서 실질적으로 동일 사이즈인 것, 예를 들어, 실질적으로 구형인 것뿐만 아니라, 반구형, 원통형 및 원반형인 것을 비롯한 비-구형 구조체를 포함한다. 나노파티클은 재료 특성에 있어서 실질적으로 동질적일 수 있지만, 특정 구현에서 이질적일 수 있다. 나노파티클의 광학 특성은 그 파티클의 사이즈, 화학적 또는 표면 조성물에 의해 결정될 수 있다. 본 발명은 다른 사이즈 범위의 나노파티클에 적용가능하지만, 본 발명은 나노파티클 사이즈를 약 1 nm와 약 800 nm 사이의 범위로 조정하는 능력을 제공한다.
본 발명에 사용하기 위한 나노파티클은 당업자에게 알려진 어떤 방법을 이용하여 제조될 수 있다. 적절한 방법이 2005년 1월 13일에 출원된 미국 특허 출원 제 11/034,216 호, 2004년 3월 10일에 출원된 미국 특허 출원 제 10/796,832 호, 2003년 9월 4일에 출원된 미국 특허 출원 제 10/656,910 호, 2004년 6월 8일에 출원된 미국 가특허 출원 제 60/578,236 호, 2006년 8월 18일에 출원된 미국 특허 출원 제 11/506,769 호에 개시되며, 상기 출원 각각의 개시는 그 전체가 본원에 참조로써 포함된다. 본 발명에 사용하기 위한 나노파티클은 유기 재료, 무기 도전성 재료 (예를 들어, 금속) 와 같은 무기 재료, 반도체 재료 및 절연 재료를 비롯한 임의의 적절한 재료로부터 제조될 수 있다. 적절한 반도체 재료는 미국 특허 출원 제 10/796,832 호에 개시된 것을 포함하고 그룹 Ⅱ-Ⅵ, 그룹 Ⅲ-Ⅴ, 그룹 Ⅳ-Ⅵ 및 그룹 Ⅳ 반도체들을 비롯한 임의의 타입의 반도체를 포함한다. 적절한 반도체 재료는 Si, Ge, Sn, Se, Te, B, C (다이아몬드를 포함), P, BN, BP, BAs, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, HgS, HgSe, HgTe, BeS, BeSe, BeTe, MgS, MgSe, GeS, GeSe, GeTe, SnS, SnSe, SnTe, PbO, PbS, PbSe, PbTe, CuF, CuCl, CuBr, CuI, Si3N4, Ge3N4, Al2O3, (Al, Ga, In)2 (S, Se, Te)3, Al2CO, 및 2 이상의 이러한 반도체들의 적절한 조합을 포함하지만, 이것으로 한정되지 않는다. 적절한 금속은 Pd, Pt, 또는 Ni뿐만 아니라 다른 재료들 (W, Ru, Ta, Co, Mo, Ir, Re, Rh, Hf, Nb, Au, Ag, Fe, 및 Al을 포함하지만 이것으로 제한되지 않는다) 과 같은 그룹 10 원자들을 포함하지만 이것으로 제한되지 않는다. 적절한 절연체 재료는 SiO2, TiO2 및 Si3N4를 포함하지만 이것으로 제한되지 않는다.
본 발명에 유용한 나노파티클은 또한 본 상세한 설명 전체에 걸쳐서 기재된 바와 같이 그 표면에 대해 컨쥬게이트된, 연관된, 다르게는 부착된 리간드를 더 포함할 수 있다. 적절한 리간드는, 미국 특허 출원 제 10/656,910 호 (에 개시된 부착 방법), 미국 특허 제 11/034,216 호 및 미국 가특허 출원 제 60/578,236 호에 개시된 것을 비롯한, 당업자에게 알려진 임의의 그룹을 포함하며, 상기 출원 각각의 개시는 다목적으로 본원에 참조로써 포함된다. 이러한 리간드의 사용은 다양한 재료 표면 상에서 연관 및 확산하는 나노파티클의 능력을 향상시킬 수 있다. 이외에도, 이러한 리간드는 개개의 나노파티클들이 서로로부터 분리되어 있게 하여 이들이 도포 전에 또는 도포 동안 응집해 있지 않게 한다.
예시적 실시형태에서, 본 발명은 하나 이상의 콜로이드성 금속 나노파티클 (콜로이드성 금속 나노파티클들로도 지칭함) 을 포함한 조성물을 제공한다. 도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이, 조성물 (102) 은 광기전력 전지 (100) 의 투명 기판 (104) 상에 배치된다. 본 발명의 광기전력 전지 (100) 는 투명 기판 (104), 전면 접촉 전극 (106), 하나 이상의 광기전력 모듈 반도체 (108) 및 후면 접촉 전극 (110) 을 적절하게 포함한다. 광기전력 전지의 이러한 엘리먼트들 (104, 106, 108 및 110) 의 예는 본 기술에 잘 알려져 있으며, 예를 들어, 미국 특허 제 4,064,521 호, 제 4,718,947 호, 제 4,718,947 호 및 5,055,141 호에 개시되며, 상기 문헌의 개시는 그 전체가 본원에 참조로써 포함된다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "콜로이드성 금속 나노파티클" (118) 은, 기판 상에 증착되기 전에 용액에 분산되는 용액 화학물질을 이용하여 형성된 금속 나노파티클을 지칭한다. 콜로이드성 금속 나노파티클 (118) 은 용액 속에서 부유하고 있고 증착 전에 실질적으로 응집하거나 용해되지 않는다. 본 발명의 콜로이드성 금속 나노파티클은, 화학 기상 증착 (CVD) 또는 물리 기상 증착 (PVD) 을 이용한 다음 가열하여 기판 상에 나노파티클을 생성시켜 증착되는 금속 나노파티클과는 구별된다. 본 발명에 실제로 사용하기 위한 콜로이드성 금속 나노파티클은 증착을 위해 CVD 또는 PVD의 사용을 필요로 하지 않으며, 또한, 상승시킨 온도의 이용을 필요로하지 않음으로써, 본 발명의 조성물들의 형성 시간, 비용, 및 복잡도를 감소시킨다.
본원에 사용된 바와 같이, 콜로이드성 금속 나노파티클 (118) 은 광기전력 전지 (100) 의 투명 기판 (104) 상에 배치되어 투명 기판 (104) 의 표면을 적어도 부분적으로 덮고, 적절하게는, 투명 기판 (104) 의 표면의 적어도 약 30 %, 보다 적절하게는 적어도 약 40 %, 적어도 약 50 %, 적어도 약 60 %, 적어도 약 70 %, 적어도 약 80 % 또는 적어도 약 90 %에 걸쳐 배치된다. 투명 기판 (104) 상의 콜로이드성 금속 나노파티클 (118) 의 배치 방법은 전체에 걸쳐서 설명되며 본 기술에 공지되어 있다.
광기전력 전지 (100) 에 적합한 투명 기판 (104) 은 실질적으로 투명하다 (그리고 예시적 실시형태에서 글래스 또는 폴리머를 포함한다). 본원에 사용된 바와 같이 "실질적으로 투명한"은, 광기전력 전지의 기판이 기판으로 진입하는 광자들 중 약 50 %를 초과하는 광자가 기판을 통해 광기전력 전지의 나머지 층들/엘리먼트들로 통과하도록 전송시킨다는 것을 의미한다. 적절하게, 본 발명의 실질적으로 투명한 기판은 기판으로 진입하는 광자들 중 약 75 % 초과, 약 80 % 초과, 약 90 % 초과, 약 95 % 초과 또는 약 100 %의 광자가 기판을 통해 통과하게 한다.
용어 "광기전력 전지" 및 "태양광 전지"는 전체에 걸쳐서 상호교환가능하게 사용되고, 태양광선/태양광 에너지 또는 다른 광원을 광기전력 효과에 의해 바로 전기로 변환시키는 디바이스를 지칭한다는 것을 이해한다. 광기전력 전지의 어셈블리들은 태양광 패널, 태양광 모듈, 또는 광기전력 전지 어레이를 제조하는데 사용될 수 있다. 광기전력 전지의 예시적 컴포넌트들 및 설계들이 전체에 걸쳐서 기재되고 또한 본 기술에 잘 알려져 있다.
콜로이드성 금속 나노파티클로서 사용될 수 있는 예시적 금속 나노파티클이 전체에 걸쳐서 기재된다. 적절하게, 콜로이드성 금속 나노파티클은 Ag, Au, Cu 또는 Al뿐만 아니라 이러한 금속들의 조합 및 합금을 포함한다. 적절하게, 콜로이드성 금속 나노파티클은 Ag 콜로이드성 나노파티클이다.
적절하게, 본 발명에 실제로 사용하기 위한 콜로이드성 금속 나노파티클의 사이즈는 약 10 nm 내지 약 1 ㎛의 사이즈, 보다 적절하게는 약 30 nm 내지 약 800 nm, 약 50 nm 내지 약 800 nm, 약 100 nm 내지 약 800 nm, 약 200 nm 내지 약 800 nm, 또는 약 100 nm, 약 200 nm, 약 300 nm, 약 400 nm, 약 500 nm, 약 600 nm, 약 700 nm 또는 약 800 nm의 사이즈이고, 이러한 사이즈 범위 내에서 어떠한 값 또는 범위를 포함한다.
예시적 실시형태에서, 콜로이드성 금속 나노파티클 (118) 은 반구형, 원통형, 원반형일 수 있고, 또는 구형일 수 있고, 또는 그 조성물은 이러한 형상의 조합을 포함할 수 있다. 반구는 구의 대략 절반인 형상을 갖는 구조체를 지칭한다. 원반형은 구조체의 전체 높이보다 더 높은 실질적으로 원형인 단면을 갖는 구조체를 지칭한다. 원반형 금속 나노파티클을 조제하는 예시적인 방법은, 예를 들어, Chen 등의 "Silver Nanodisk: Synthesis, Characterization and Self-Assembly," 재료 리써치 협회 2002년 가을 심포지엄, 논문 I10.11 (2002), 및
Figure pct00003
등의 "Electromagnetic coupling of light into a silicon solar cell by nanodisk plasmons," 어플라이드 물리지 92:053110-1 내지 053110-3 (2008) 에 개시되며, 상기 개시는 그 전체가 본원에 참조로써 포함된다.
본 발명의 콜로이드성 금속 나노파티클을 조제하는 추가적인 방법이 미국 특허 제 5,491,114 호, 제 5,576,248 호, 제 6,268,041 호, 제 7,267,875 호, 제 7,501,315 호, 제 6,723,606 호 및 6,586,785 호; 미국 특허 공개공보 제 2008/0032134호, 제 2008/0118755 호, 제 2009/0065764 호 및 제 2007/0032091 호; 및 국제 특허 출원 공개공보 WO 2007/024697에 개시되며, 상기 개시물들 각각은 다목적용으로 그 전체가 본원에 참조로써 포함된다.
적절한 실시형태에서, 조성물들은 콜로이드성 금속 나노파티클 (118) 을 캡슐화하는 유전체 재료 (124) 를 포함한다. 이 유전체 재료는, 콜로이드성 금속 나노파티클이 분산되고, 따라서 본 발명의 조성물을 단순 증착, 분산 및 도포하게 하는 잉크, 용액 또는 부유물을 적절하게 형성한다. 예시적 유전체 재료는 Si-함유 재료, SiO2, 스핀-온 글래스 재료 (예를 들어, 실리케이트, 실록산, 포스포실리케이트), SiN, 및 당업계에 공지된 다른 유전체 재료를 포함하지만 이것으로 제한되지 않는다.
적절하게, 본 발명의 조성물 (102) 은 하나 이상의 형광성 나노파티클 (116) 을 더 포함한다. 이 조성물에 사용하기 위한 예시적 형광성 나노파티클은, 그룹 Ⅱ-Ⅵ, 그룹 Ⅲ- V, 그룹 Ⅳ-Ⅵ 및 그룹 Ⅳ 반도체들을 비롯한, 임의의 타입의 반도체를 포함하는 미국 특허 출원 제 10/796,832 호에 개시된 것을 포함하는 반도체 재료를 포함하지만, 이것으로 제한되지 않는다. 적절하게, 형광성 나노파티클은 Si, Ge, Sn, Se, Te, B, C (다이아몬드 포함), P, BN, BP, BAs, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, HgS, HgSe, HgTe, BeS, BeSe, BeTe, MgS, MgSe, GeS, GeSe, GeTe, SnS, SnSe, SnTe, PbO, PbS, PbSe, PbTe, CuF, CuCl, CuBr, CuI, Si3N4, Ge3N4, Al2O3, (Al, Ga, In)2 (S, Se, Te)3, Al2CO, 및 2 이상의 이러한 반도체들의 적절한 조합을 포함하지만 이것으로 제한되지 않는다. 예시적 실시형태에서, 이 조성물은 CdSe, ZnSe, ZnTe, 또는 InP 나노파티클뿐만 아니라 이러한 나노파티클의 조합을 포함하는 형광성 나노파티클을 포함한다.
적절하게, 형광성 나노파티클은 코어/쉘 구조체를 포함한다. 반도체 나노파티클에서, 나노파티클의 밴드 에지 상태 (band edge states) 로부터 광유도 방출이 발생한다. 형광성/발광성 나노파티클로부터의 밴드 에지 방출은 표면 전자 상태로부터 비롯된 방사성 및 비방사성 감쇠 채널과 경쟁한다 (X. Peng 등의, J. Am. Chem. Soc. 30:7019-7029 (1997)). 결과적으로, 댕글링 본드와 같은 표면 결함의 존재는 비방사성 재결합 중심을 제공하고 방출 효율을 낮추는데 기여한다. 표면 트랩 상태를 패시베이트하고 제거하는 효율적이고 영구적인 방법은 나노파티클의 표면 상에 무기 쉘 재료를 애피텍셜 성장시키는 것이다 (X. Peng 등의 J. Am. Chem. Soc. 30:7019-7029 (1997)). 전자 레벨이 코어 재료에 대하여 타입 Ⅰ(예를 들어, 전자 및 정공을 코어로 국한시키는 잠재적인 단계를 제공하기 위해 더 큰 밴드갭을 가짐) 이도록, 쉘 재료가 선택될 수 있다. 결과적으로, 비방사성 재결합의 확률이 감소될 수 있다.
코어-쉘 구조체는 쉘 재료를 함유한 유기금속성 전구체를 코어 나노파티클을 함유한 반응 혼합물에 첨가함으로써 획득될 수 있다. 이 경우, 핵형성-이벤트 다음 성장시키는 것 대신에, 코어들이 원자핵으로서 작용하고, 쉘이 그 표면부터 성장한다. 쉘 재료의 나노파티클들의 독립적인 핵형성을 방지하면서 코어 표면에 쉘 재료 단량체의 첨가를 촉진하기 위해서 반응 온도를 낮게 유지시킨다. 반응 혼합물 중의 계면활성제는 쉘 재료의 성장을 제어시키고 용해도를 보장하기 위해서 존재한다. 2개의 재료들 사이에 격자 미스매치가 낮은 경우 균일하고 에피택셜식으로 성장된 쉘이 획득된다. 추가적으로, 구 형상은 곡률의 큰 반경으로부터의 계면 스트레인 에너지를 최소화함으로써, 나노파티클 시스템의 광학 특성을 저하시킬 수 있는 변위 (dislocation) 의 형성을 방지하는 역할을 한다.
본 발명에 실제로 사용하기 위한 예시적인 코어-쉘 형광성 나노파티클은 (코어/쉘로 나타냄), CdSe/ZnS, CdSe/CdS, ZnSe/ZnS, ZnSe/CdS, ZnTe/ZnS, ZnTe/CdS, InP/ZnS, InP/CdS, PbSe/PbS, CdTe/CdS, CdTe/ZnS 등을 포함하지만, 이것으로 제한되지 않는다. 추가적인 실시형태에서, 나노파티클은 CdSe/CdS/ZbS와 같은 코어/쉘/쉘 구조체를 포함할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 중간 쉘 층 (CdS) 내 Cd는, 아마도 완전한 일분자층이 아니긴 하지만, CdSe와 ZnS 사이의 격자 미스매치로부터 스트레스를 완화시키는 것으로 생각된다. 적절하게, 형광성 나노파티클의 코어가 도핑된다. 본 발명에 실제로 사용될 수 있는 예시적인 도펀트는 Mn 및 Cu뿐만 아니라 다른 엘리먼트를 포함한다. 적절하게, 형광성 나노파티클은 Mn 또는 Cu로 도핑된 ZnTe 또는 ZnSe 코어 나노파티클을 포함한다.
예시적 실시형태에서, 형광성 나노파티클의 코어는 약 0.5 nm 내지 약 20 nm 의 사이즈, 적절하게는 약 1 nm 내지 약 15 nm, 약 1 nm 내지 약 10 nm, 약 1 nm 내지 약 8 nm, 또는 약 1 nm 내지 약 6 nm의 사이즈, 예를 들어, 약 1 nm, 약 2 nm, 약 3 nm, 약 4 nm, 약 5 nm, 약 6 nm, 약 7 nm, 약 8 nm, 약 9 nm 또는 약 10 nm이다. 적절하게는, 형광성 나노파티클의 코어를 둘러싸는 쉘의 두께는 약 5 nm 미만의 두께, 적절하게는, 약 4 nm 미만, 약 3 nm 미만, 약 2 nm 미만, 또는 약 1 nm 미만의 두께이다. 예시적 실시형태에서, 형광성 나노파티클의 코어를 둘러싸는 쉘은 약 l
Figure pct00004
내지 약 20
Figure pct00005
의 두께, l
Figure pct00006
내지 약 15
Figure pct00007
의 두께, 또는 약 l
Figure pct00008
내지 약 10
Figure pct00009
의 두께이다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 조성물 (102) 은 콜로이드성 금속 나노파티클 (118) 및 형광성 나노파티클 (116) 을 포함하는 하나의 층을 적절하게 포함할 수 있다. 콜로이드성 금속 나노파티클 (118) 및 형광성 나노파티클 (116) 의 사이즈, 분산, 밀도 및 배열은 설명의 목적으로만 제공된다는 것을 이해한다. 추가적인 실시형태에서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 조성물 (102) 은 적어도 2개의 층 (112, 114) 을 포함하고, 콜로이드성 금속 나노파티클 (118) 및 형광성 나노파티클 (116) 은 각각 별개의 층들 (114 및 112) 에 존재한다. 조성물이 적어도 2개의 층들을 포함하는 실시형태에서, 2개의 층을 포함하는 유전체 재료 (124) 가 동일한 것이 적절하지만, 다른 실시형태에서, 콜로이드성 금속 나노파티클 (118) 을 포함하는 층 (114) 및 형광성 나노파티클 (116) 을 포함하는 층 (112) 을 위해 상이한 유전체 재료가 사용될 수 있다.
적절한 실시형태에서, 2개의 별개의 층들이 사용되는 경우, 형광성 나노파티클은 그 콜로이드성 금속 나노파티클을 포함하는 층의 "위"에 있는 층에 있는 것이 적절하다는 것을 주목한다. 즉, 층 (112) 이 광기전력 전지의 일부인 경우, 광의 광자들이 콜로이드성 금속 나노파티클 (118) 을 포함하는 층 (114) 에 진입하기 전에 형광성 나노파티클 (116) 에 충돌한다. 그러나, 콜로이드성 금속 나노파티클 (118) 을 포함하는 층 (114) 이 형광성 나노파티클 (112) 을 포함하는 층 (116) 의 상부 위에 있을 수 있는 반대 배향도 사용될 수 있다. 예시적 실시형태에서, 나노파티클이 2개의 별개의 층들에 존재하지만, 나노파티클을 포함하는 층들 사이에 있는 어떤 나노파티클도 포함하지 않는 층들 (즉, 투명이다), 또는 나노파티클 함유 층들과 광기전력 전지 사이의 투명 층(들) 을 비롯한 임의의 수의 층들이 사용될 수 있다. 추가적인 실시형태에서, 형광성 나노파티클과 콜로이드성 금속 나노파티클 둘 모두를 포함하는 다수의 층들도 사용될 수 있다.
실시형태들에서, 형광성 나노파티클 (116) 은 조성물에서 팩킹 밀도로 존재한다. 본원에 사용된 바와 같이, "팩킹 밀도"는 형광성 나노파티클 및/또는 콜로이드성 금속 나노파티클이 서로 가깝게 있는 것을 지칭한다. 도 1b는 형광성 나노파티클들 사이의 평균 거리 (120) 의 대표치를 나타낸다. 본원에 사용된 바와 같이, "평균 거리"는, 나노파티클들 사이의 거리에서 시간에 따른 변동을 고려한, 2개의 인접하는 나노파티클들 (이들이 형광성 또는 콜로이드성 금속이든 아니든) 의 중앙 간의 평균 거리를 지칭한다. 나노파티클 (형광성 및/또는 콜로이드성 나노파티클들) 의 팩킹 밀도는 덮이는 표면 영역 또는 체적 당 나노파티클의 적절한 농도를 선택함으로써 당업자에 의해 용이하게 제어된다. 임의의 캐리어 재료 (예를 들어, 유전체) 내에 적절히 분산된 채로 있는 나노파티클로 인해서, 팩킹 밀도가 다음 증착까지 유지될 것이다.
예시적 실시형태에서, 형광성 나노파티클들 (116) 사이의 평균 거리 (120) 는 형광성 나노파티클의 푀르스터 (Foerster) 거리 (R0) 보다 작다. 이 밀도는, 형광성 나노파티클 (116) 이 콜로이드성 금속 나노파티클 (118) 과 동일한 층 (즉, 도 1b) 에 또는 상이한 층 (즉, 도 1c) 에 있는 경우 달성될 수 있다. 형광성 나노파티클들 (116) 사이의 평균 거리 (120) 는 형광성 나노파티클의 푀르스터 거리와 같거나 이보다 클 수 있다.
푀르스터 거리 (R0) 란, 형광 공명 에너지 전달 (FRET; fluorescent resonance energy transfer) 이 50% 효율인 거리, 즉, 여기된 도너들 중 50%가 FRET에 의해 비활성되는 거리를 지칭한다. R0에서, 광자의 방사성 배출과 공명 에너지 전달에 대하여 동일 확률에 있다. R0의 크기는 형광성 나노파티클 및 주변 매질 (예를 들어, 유전체) 의 특성에 기초하여 당업자에 의해 용이하게 계산된다.
도 1b 및 도 1c에 도시된 바와 같이, 형광성 나노파티클은 단일 층 구성과 다수 층 구성 둘 모두에서 원하는 팩킹 밀도로 유지될 수 있다. 형광성 나노파티클 (116) 및 콜로이드성 금속 나노파티클 (118) 둘 모두가 조성물의 동일한 층에 존재하는 실시형태들에서, 형광성 나노파티클들 및 금속 나노파티클들은, 형광성 나노파티클들 (116) 사이의 평균 거리 (120) 가 형광성 나노파티클들의 푀르스터 거리보다 작거나, 같거나, 더 크고, 형광성 나노파티클들 (116) 과 금속 나노파티클들 (118) 사이의 평균 거리 (122) 가 형광성 나노파티클들의 푀르스터 거리보다 작거나, 같거나, 더 큰, 팩킹 밀도에 있다. 그러나, 형광성 나노파티클 (116) 과 콜로이드성 금속 나노파티클 (118) 사이의 평균 거리 (122) 는, 형광성 나노파티클 (116) 과 콜로이드성 금속 나노파티클 (118) 이 도 1c와 같이 상이한 층 (각각, 112 및 114) 에 있는 실시형태들에서도 유지될 수 있다는 것을 주목한다.
추가적인 실시형태에서, 본 발명의 조성물은 2개의 상이한 콜로이드성 금속 나노파티클 (즉, 콜로이드성 금속 나노파티클들의 2개의 상이한 포퓰레이션과, 그에 따른 2개의 상이한 표면 플라즈마 공진 주파수) 을 포함할 수 있다. 예를 들어, 적절한 실시형태에서, 콜로이드성 금속 나노파티클들 중 일 포퓰레이션의 플라즈마 공진 주파수는 형광성 나노파티클의 방출 파장과 중복되고, 콜로이드성 금속 나노파티클들 중 다른 포퓰레이션의 플라즈마 주파수는 적색 또는 근적외선에 있어서 더 긴 파장의 광자들을 산란시킨다.
본 발명의 조성물이 상부에 배치되는 광기전력 전지는 하나 이상의 수소화된 비정질 실리콘 (a-Si) 층들과 같은 광기전력 모듈 반도체를 더 포함한다. 예를 들어, 미국 특허 제 4,064,521 호, 제 4,718,947 호, 제 4,718,947 호 및 제 5,055,141 호를 참고하면, 이들 개시물은 a-Si를 포함하는 광기전력 전지와 이러한 전지를 제조하는 방법을 개시하며, 그 전체가 참조로써 본원에 포함된다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 적절하게 이러한 수소화된 비정질 실리콘 층은 3개의 별개의 층들, 적절하게, 양전하로 도핑된 (p), 진성 (i), 및 음전하로 도핑된 (n) 을 포함하며, 이는 p-i-n 접합 (미국 특허 제 5,055,141호 참조) 을 형성한다. 이러한 3개층의 반도체는 광기전력 전지 기술에 잘 알려져 있다. 예시적 실시형태에서, 광기전력 전지는 하나 이상의 수소화된 비정질 실리콘 층들 및 하나 이상의 수소화된 마이크로결정질 (μc-Si) 또는 수소화된 나노결정질 (nc-Si) 층들을 포함한다. 이러한 전지를 종종 "마이크로-모프" 전지라 지칭한다 (예를 들어, 미국 특허 제 6,309,906 호 참조, 이 개시물은 그 전체가 본원에 참조로써 포함된다). 본원에 기재된 조성물은, 아래에 기재되고 본 기술에 알려진 바와 같이, a-Si 또는 마이크로 모프 광기전력 전지, 결정성-Si 광기전력 전지, CdTe 전지뿐만 아니라 CIGS 광기전력 전지로 사용될 수 있다.
광기전력 전지의 투명 기판에 관한 본 발명의 조성물의 사용은 이러한 전지들의 수소화된 비정질 실리콘 층들 사이의 계면들이 실질적으로 텍스쳐화되지 않게 한다. 본원에 사용된 바와 같이, "계면"은 반도체 재료의 p-i-n 층들 각각 사이, 또는 광기전력 전지의 전극 (전면 및/또는 후면 (104/110)) 과 반도체 재료의 사이와 같이, 2개의 표면들 사이의 공통 경계를 지칭한다. 상기 언급된 바와 같이, 종래의 광기전력 전지에서, 광기전력 전지의 상이한 반도체 층들 사이의 계면들과, 광기전력 전지의 상부 및/또는 하부 전극과 반도체 사이의 계면을 텍스쳐화하거나 거칠게 하는 것이 공통된다. 이 텍스쳐화는 종래에, 광자가 광기전력 전지의 반도체 영역으로 진입하는 경우 산란량을 증가시켜, 광자 (특히 적색 파장) 의 흡수량을 증가시키는데 사용되었다. 그러나, 텍스쳐화는 시간이 걸리고 비용이 들 수 있는 추가적인 제조 단계를 요구한다.
본 발명의 조성물은 콜로이드성 금속성 나노파티클의 플라즈몬성 효과 (플라즈몬 공진 또는 플라즈몬 산란) 에 의해 증가된 광 산란을 제공한다. 예를 들어, Catchpole 등의 "Plasmonic solar cells" Optics Express 16:21793-21800 (2008) 을 참조한다. 따라서, 다양한 반도체 재료들 사이의 계면들과 반도체 재료들과 광기전력 전지의 전극들 사이의 계면들은 텍스쳐화될 필요가 없다. 따라서, 본 발명의 적절한 실시형태에서, 수소화된 비정질 실리콘 층들 사이의 계면들과, 수소화된 비정질 실리콘 층들과 광기전력 전지의 전극 (예를 들어, 상부 및/또는 하부 전극) 사이의 계면들이 실질적으로 텍스쳐화되지 않는다. 추가적인 실시형태에서, 수소화된 비정질 실리콘 층들 사이의 계면들, 및 하나 이상의 수소화된 마이크로결정질 또는 수소화된 나노결정질 실리콘 층 사이의 계면들, 및 수소화된 실리콘 층과 광기전력 전지의 전극 사이의 계면들이 실질적으로 텍스쳐화되지 않는다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "텍스쳐화되지 않는다"는, 실질적으로 평면이거나 평탄하고, 적절하게는, 약 1 ㎛ 미만의 표면 거칠기를 갖는 계면을 지칭한다. 그러나, 본 발명의 조성물이 광기전력 전지로 사용될 수 있으며, 이 광기전력 전지 내에서 상기 언급된 다양한 계면들이 텍스쳐화된다는 것을 주목한다.
예시적 실시형태에서, 본 발명의 조성물은 콜로이드성 나노파티클의 조성물 (102) 상에 배치된 실질적 투명 기판 (126)(예를 들어, 글래스 또는 폴리머) 을 더 포함한다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 적절하게, 투명 기판 (126) 은 전극 (104) 에 대향하는 쪽으로, 조성물 (102) 상에 배치된다. 투명 기판 (126) 은 주위 환경의 O2 및/또는 H2O에 의한 손상 및 산화뿐만 아니라 광기전력 모듈 및 어레이의 사용 동안 물리적인 또는 환경적인 손상으로부터 나노파티클 (콜로이드성 금속 및 형광성 둘 모두) 을 보호하도록 돕는다. 본원에 사용된 바와 같이, 적절하게, 본 발명의 조성물 (102) 은 전극 (106) 에 대향하는 쪽의, 광기전력 전지의 투명 기판 (104) 상에 배치된다. 추가적인 실시형태에서, 이 조성물은 투명 기판 (104) 과 전극 (106) 사이에 배치될 수 있다. 또 추가적인 실시형태에서, 조성물이 2개의 실질적 투명 기판들 (예를 들어, 글래스 또는 폴리머 시트들 또는 플레이트들) 사이에 샌드위치될 수 있고, 이후 이 샌드위치된 구조체가 전극 (106) 에 대향하는 쪽의, 또는 전극 (106) 과 투명 기판 (104) 사이의, 광기전력 전지 (100) 의 투명 기판 (102) 상에 배치될 수 있다. 추가적인 실시형태에서, 콜로이드성 금속 나노파티클들은 또한 전극 (106) 그 자체에서 캡슐화될 수 있다 (즉, 투명 도전성 산화물).
적절한 실시형태에서, 본 발명의 조성물은, 적절하게 Mn 또는 Cu로 도핑된, Ag 콜로이드성 나노파티클 및 ZnTe 형광성 나노파티클을 포함한다.
본 발명은 또한 광기전력 전지 (100) 의 실질적 투명 기판 (104) 상에 하나 이상의 콜로이드성 금속 나노파티클들 (118) 을 포함하는 조성물 (102) 을 제조하는 방법을 제공한다. 이 방법은 실질적 투명 기판 (104) 을 제공하는 단계 및 실질적 투명 기판 상에 유전체 재료 및 콜로이드성 금속 나노파티클 (118) 을 포함하는 조성물 (102) 을 배치하는 단계를 포함한다. 적절하게, 이 방법은 하나 이상의 형광성 나노파티클 (116) 을 더 포함하는 조성물을 기판 상에 배치하는 단계를 포함한다.
본원에 사용된 바와 같이, 적절하게, 투명 기판은 글래스 또는 폴리머를 포함한다. 예시적 금속 나노파티클 (예를 들어, Ag) 및 형광성 나노파티클은, 다양한 나노파티클에 대하여 적절한 사이즈, 형상 및 코어/쉘 구조체인 것으로 본원에 기재된다. 이 방법은 적절하게, 콜로이드성 금속 나노파티클 및 형광성 나노파티클을 동일한 층 (예를 들어, 도 1b) 에 포함하는 조성물을 배치하는 단계를 포함하지만, 다른 실시형태에서, 콜로이드성 금속 나노파티클 및 형광성 나노파티클은 (2 이상의 층을 포함하는) 별개의 층 (예를 들어, 도 1c) 에 배치된다.
적절하게, 조성물이 스핀-온 글래스 재료에 배치된다. 본원에 사용된 배치단계는 투명 기판 상에 조성물을 배치하는 임의의 적절한 방법을 포함하고, 예를 들어, 조성물을 스핀 코팅, 잉크 젯 인쇄, 드롭-캐스팅, 분무, 스크린 인쇄, 레이어링, 확산, 페인팅, 딥-코팅하는 것 등을 포함한다.
그 다음 조성물 (스핀-온 글래스 재료의 나노파티클) 을 배치하는 적절한 실시형태에서, 조성물의 탄화수소 구성성분을 번 오프 (burn off) 하고, 유전체 재료를 고체, 예를 들어, 글래스, 구조체로 변환시키기 위해서 조성물을 적절하게 어닐링한다. 콜로이드성 금속 나노파티클과 형광성 나노파티클 둘 모두가 하나의 층에 배치되는 실시형태에서, 비활성 환경 (예를 들어, 비활성 기체 하에서) 에서 어닐링이 적절하게 실시되어 형광성 나노파티클이 산화되는 것을 방지한다. 2개 (이상) 의 별개의 층이 사용되는 실시형태에서, 형광성 나노파티클을 포함하는 조성물이 비활성 분위기 하에서 적절하게 어닐링된다. 그런다음, 비활성 분위기, 또는 공기 또는 산소 중 어느 하나일 수 있는 제 2 어닐링에 콜로이드성 금속 나노파티클의 조성물이 배치된다. 적절하게, 조성물은 상대적으로 낮은 온도, 즉, 약 500℃ 미만, 적절하게 약 400℃ 미만, 약 300℃ 미만 또는 약 200℃미만에서 어닐링된다.
추가적인 실시형태에서, 콜로이드성 금속 나노파티클은 각각의 나노파티클과 연관된 하나 이상의 리간드와 함께 (즉, 코팅된 나노파티클) 배치된다. 나노파티클의 배치 다음에, 미국 특허 출원 공개공보 제 2006/0040103 호에 개시된 바와 같이, 리간드가 경화되어 각각의 나노파티클을 둘러싸는 유전체 쉘을 생성하며, 상기 개시물은 전체가 본원에 참조로써 포함된다. 간략하게, 본 발명의 이 실시형태에 사용하기 위한 나노파티클은, 각각 코팅된 나노파티클은, 합성 시 또는 후속하는 도포 이후, 주위 매트릭스와 인접하지 않는 코팅에 의해 제공된 확정된 경계를 갖는다는 점에서 매트릭스 (예를 들어, 유전체) 내에 임베딩된 나노파티클과는 다르다. 논의의 편의를 위해서, 미국 특허 출원 제 2006/0040103 호에서, 이러한 코팅이 통상적으로 나노구조체의 표면과의 개개의 상호작용, 예를 들어, 공유, 이온, 반데르 발스 또는 다른 구체적인 분자 상호작용을 갖는 분자를 포함한다는 점에서 이 코팅 재료를 일반적으로 "리간드"로 지칭된다. 미국 특허 출원 공개공보 제 2006/0040103 호에 기재된 바와 같이, 제 1 코팅이 제 2 코팅으로 변환되어 개개의 나노파티클들이 서로 직접 접촉하지 않는다. 또한, 코팅된 나노구조체의 제 2 코팅 (쉘) 컴포넌트는 종종 비결정성이다.
본 발명에 실제로 사용하기 위한 별개로 코팅된 나노파티클은, 개개의 나노파티클의 제 1 표면과 연관된 제 1 코팅 및 제 1 표면을 갖고 제 1 광학, 전기, 물리 또는 구조적 특징을 갖는 개개의 나노파티클을 포함하고, 제 1 코팅은 제 1 코팅과는 상이한 전기, 광학, 구조적 및/또는 다른 물리적 특성을 갖는 제 2 코팅으로 변환될 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 제 1 코팅은 나노파티클을 캡슐화한다 (즉, 이것은 코팅될 나노파티클을 완전히 에워싼다). 다른 실시형태에서, 나노파티클은 부분적으로 캡슐화된다.
특정 실시형태에서 미국 특허 출원 공개공보 제 2006/0040103 호에 논의된 바와 같이, 코팅된 나노파티클은 실리콘 산화물 케이지 콤플렉스 (예를 들어, 실세퀴옥산 조성물) 를 제 1 코팅으로서 포함한다. 실세퀴옥산은 폐쇄형 케이지 구조 또는 부분 개방형 케이지 구조 중 어느 하나일 수 있다. 선택적으로, 실리콘 산화물 케이지 콤플렉스 (예를 들어, 실세퀴옥산) 는 하나 이상의 붕소, 메틸, 에틸, 3 내지 22 (또는 이상) 개의 탄소 원자를 가진 분지쇄 또는 직쇄 알칸 또는 알켄, 이소프로필, 이소부틸, 페닐, 시클로펜틸, 시클로헥실, 시클로헵틸, 이소옥틸, 노르보르닐, 및/또는 트리메틸실릴기, 전자 흡인기, 전자 공여기, 또는 그 조합에 의해 유도된다. 대안적인 실시형태에서, 제 1 코팅 조성물에서 별개의 실리케이트가 사용된다. 제 1 코팅으로서 사용될 수 있는 하나의 별개의 실리케이트는 포스포실리케이트이다. 경화 시, 실리콘 산화물 케이지 콤플렉스 제 1 코팅은 통상적으로 실리콘 산화물 (예를 들어, SiO2) 을 포함하는 제 2 경질 코팅으로 변환된다. 리간드 코팅을 경화하는 방법은 미국 특허 출원 제 2006/0040103 호 전체에 걸쳐서 기재된다. 경화는 통상적으로 약 500℃ 보다 낮은 온도에서 달성된다. 일부 실시형태들에서, 가열 프로세스가 200-350℃ 사이에서 실시된다. 미국 특허 출원 제 2006/0040103 호 전체 걸쳐서 기재된 바와 같이, 경화 프로세스는 제 2 코팅 또는 쉘 (예를 들어, 나노파티클의 제 1 표면 상의 박형의, 고체 매트릭스) 을 형성시킨다. 적절하게, 제 2 코팅은 SiO2와 같은 글래스 또는 글래스-유사 조성물을 포함하는 경질 절연성 쉘이다.
본원에 기재된 바와 같이, 적절하게 형광성 나노파티클은, 형광성 나노파티클들 (116) 사이의 평균 거리 (120) 가 형광성 나노파티클들의 푀르스터 거리보다 작거나, 같거나, 크게 하는 팩킹 밀도로 배치된다. 추가적인 실시형태에서, 형광성 나노파티클 (116) 및 금속 나노파티클 (118) 은, 형광성 나노파티클들 사이의 평균 거리 (120) 가 형광성 나노파티클들의 푀르스터 거리보다 작거나, 같거나, 크게 하는 팩킹 밀도로 배치되고, 그리고 형광성 나노파티클과 금속 나노파티클 사이의 평균 거리 (122) 가 형광성 나노파티클의 푀르스터 거리보다 작거나, 같거나, 크게 하는 팩킹 밀도로 배치된다.
적절하게, 본 발명의 방법은 금속 콜로이드성 나노파티클들의 조성물 상에 실질적 투명 기판 (126)(예를 들어, 글래스 또는 폴리머 기판) 을 배치하는 단계를 더 포함한다. 이 투명 기판은 나노파티클들을 산화 및 다른 환경적인 손상으로부터 보호하도록 돕는다.
추가적인 실시형태에서, 본 발명은 광기전력 전지 (100) 를 제공한다. 적절하게, 광기전력 전지 (100) 는 실질적 투명 기판 (104) 과, 기판 (104) 상에 배치된 하나 이상의 콜로이드성 금속 나노파티클 (118) 을 포함하는 조성물 (102) 을 포함한다. 예시적인 콜로이드성 금속 나노파티클 (118) 이 전체적으로 기재되며, Ag, Au, Cu 및 Al 콜로이드성 금속 나노파티클을 포함한다. 콜로이드성 금속 나노파티클의 예시적인 크기, 조성물 및 형상이 본원에 기재된다.
본원에 기재된 바와 같이, 적절하게 조성물 (102) 은 콜로이드성 금속 나노파티클 (118) 을 캡슐화하는 유전체 재료, 및 적절하게는, 스핀-온 글래스 재료를 포함한다. 본원에 기재된 바와 같이, 적절하게 조성물 (102) 은, 하나의 층 (예를 들어, 도 1b) 또는 다수 층 (예를 들어, 도 1c) 중 어느 하나에서 하나 이상의 형광성 나노파티클 (116) 을 더 포함하며, 콜로이드성 금속 나노파티클 (118) 및 형광성 나노파티클 (116) 이 별개의 층들 (112/114) 에 존재한다.
예시적인 형광성 나노파티클이 본원에 기재되고, 적절하게, CdSe, ZnSe, ZnTe 및 InP의 코어를 포함하고, 그 코어를 에워싸는 ZnS 및 CdS의 쉘을 포함하는 형광성 나노파티클을 포함하는, CdSe, ZnSe, ZnTe 또는 InP 나노파티클이다. 예시적인 실시형태에서, 코어는 Mn 또는 Cu로 도핑된다. 형광성 나노파티클의 코어 및 쉘의 예시적인 두께가 전체에 걸쳐서 설명된다.
본원에 기재된 바와 같이, 적절하게 형광성 나노파티클은, 형광성 나노파티클들 사이의 평균 거리가 형광성 나노파티클들의 푀르스터 거리보다 작거나, 같거나, 크게 하는 팩킹 밀도로 존재한다. 적절하게, 형광성 나노파티클 및 금속 나노파티클은, 형광성 나노파티클들 사이의 평균 거리가 형광성 나노파티클들의 푀르스터 거리보다 작거나, 같거나, 크게 하는 팩킹 밀도로 존재한다. 추가적인 실시형태에서, 형광성 나노파티클과 금속성 나노파티클 사이의 평균 거리는 형광성 나노파티클의 푀르스터 거리보다 작거나, 같거나, 크다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광기전력 전지 (100) 는 후면 접촉 전극 (110) 을 더 포함한다. 후면 접촉 전극 (110) 으로서 사용하기 위한 예시적인 재료는 본 기술에 알려져 있고, 알루미늄, 주석 산화물 또는 아연 산화물을 포함한다. 적절하게, 광기전력 모듈 반도체 (108) 는 후면 접촉 전극 상에 배치된다.
본원에 사용된 바와 같이, "광기전력 모듈 반도체" (108) 는 광기전력 효과를 발생시키는데 사용될 수 있는, 즉, 태양광을 전류로 변환하는 반도체 재료를 지칭한다. 적절하게, 본 발명에 실제로 사용하기 위한 광기전력 모듈 반도체는 하나 이상의 수소화된 비정질 실리콘 (a-Si) 층 (예를 들어, p-i-n 적층 스택과 같은) 을 포함한다. 추가적인 실시형태에서, 광기전력 모듈 반도체 (108) 는 하나 이상의 수소화된 비정질 실리콘 층들 및 하나 이상의 수소화된 마이크로결정질 또는 수소화된 나노결정질 실리콘 층들을 포함하여, 본원에 기재된 바와 같이 "마이크로-모프" 광기전력 전지를 형성한다. 광기전력 모듈 반도체로서 사용될 수 있는 추가적인 재료는 결정성 Si, CdTe뿐만 아니라 "CIGS" 재료들, 또는 구리-인듐-디셀레나이드 (CuInSe2) 및/또는 구리-인듐-갈륨-디셀레나이드 (CuIn1 - XGaXSe2) 를 포함하는 반도체 재료를 포함하고, 상기 둘 모두는 본원과 본 기술에서 전체적으로 Cu(In,Ga)Se2, CIGS, 또는 단순하게 CIS로 지칭된다.
예시적인 실시형태에서, 본 발명의 광기전력 전지 (100) 는 광기전력 모듈 반도체 (108) 상에 배치된 전면 접촉 전극 (106)(예를 들어, 투명 도전성 산화물 (TCO)) 을 더 포함한다. 전면 접촉 전극 (106) 으로서 사용하기 위한 예시적인 재료는 본 기술에 잘 알려져 있고 주석 산화물 또는 아연 산화물을 포함한다. 본 발명의 조성물은 또한 전면 접촉 전극 (예를 들어, TCO) 의 조작을 참작한다. TCO 층이 더 두꺼워질수록, 그 전기 전도성이 증가하는 한편, 스펙트럼의 청색 영역 내의 투명도는 감소한다. 따라서, 광기전력 전지의 설계 시, 최종 두께는 TCO의 시트 저항을 통한 전력 손실과, TCO에 의한 흡수율로 인한 청색 광자의 손실 사이의 절충이다. 본 발명의 조성물은 스펙트럼의 청색 광자를 녹색으로 변환시키기 때문에, TCO를 더 두껍게 제조하여, 청색 광자의 흡수율의 손실로 인해 통상적으로 발생하는 전류를 손실하지 않고 전기 저항을 감소시킬 수 있다.
적절하게, 하나 이상의 콜로이드성 금속 나노파티클을 포함하는 조성물 (102) 이, 전면 접촉 전극 (106) 에 대향하는 쪽의, 광기전력 전지 (100) 의 실질적 투명 기판 (104) 상에 배치된다. 적절하게, 실질적 투명 기판 (104) 은 글래스 또는 폴리머를 포함한다. 추가적인 실시형태에서, 본 발명의 조성물 (102) 은 광기전력 전지 (100) 의 전면 접촉 전극 (106) 과 투명 기판 (104) 사이에 배치될 수 있다. CIGS 재료들이 사용되는 실시형태에서, 본 발명의 조성물은 태양광 전지 (100) 의 전면 접촉 전극 (106) 과 투명 기판 (104) 사이에 적절하게 배치된다.
전체에 걸쳐서 설명된 바와 같이, 광기전력 모듈 반도체 (108) 의 수소화된 비정질 실리콘 층들 사이의 계면은, 수소화된 비정질 실리콘 층들 사이의 계면과, 수소화된 비정질 실리콘 층과 광기전력 전지의 전극 (전면 및 후면 접촉) 사이의 계면 (뿐만 아니라 수소화된 비정질 실리콘 층들 사이의 계면과 하나 이상의 수소화된 마이크로결정질 또는 수소화된 나노결정질 실리콘 층들 사이의 계면) 을 포함하여, 실질적으로 텍스쳐화되지 않는다.
적절하게, 도 1a에 도시된 바와 같이, 광기전력 전지는 콜로이드성 금속 나노파티클 (118) 의 조성물 (102) 상에 배치된 실질적 투명 기판 (126) 을 더 포함한다.
본원에 언급된 바와 같이, 콜로이드성 금속 나노파티클 및 형광성 나노파티클의 조합은 광기전력 전지로 진입하는 광의 변환 효율을 향상시킨다. 형광성 나노파티클은 태양광 스펙트럼의 청색 파장을 보다 효율적으로 흡수된 녹색 파장으로 하향 변환시키는 한편, 콜로이드성 금속 나노파티클 (적절하게 Ag 나노파티클) 의 플라즈몬 산란은 광기전력 전지를 통과하는 적색 광자의 경로 길이를 증가시킨다. 콜로이드성 금속 나노파티클은, 푀르스터 이송에 의해 생성되는 광자를 비롯하여, 더 많은 광자를 광기전력 전지로 산란시켜 (등방성 산란과는 대조적으로) 흡수성을 증가시키도록 구성될 수 있다.
본 발명의 광기전력 전지는 복수의 광기전력 전지를 포함하는 광기전력 모듈을 제조하기 위한 동일한, 비슷한, 또는 상이한 광기전력 전지와 결합될 수 있다 (예를 들어, 미국 특허 제 5,143,556 호 및 제 5,164,020 호 참조, 그 개시물은, 예를 들어 광기전력 모듈 및 광기전력 전지의 어레이에 관한 것으로서 그 전체로서 본원에 참조로써 포함된다). 이러한 모듈은, 예를 들어, 하우스, 빌딩, 차량 등 또는 다수의 광기전력 전지가 배열될 수 있는 필드 또는 다른 광범위한 영역에서 태양광으로부터 에너지를 생성하는데 적절하게 사용된다.
본 발명은 또한 광기전력 전지를 제조하는 방법을 제공한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 흐름도 200과, 도 1a 내지 1c를 참고하면, 적절하게, 이러한 방법은 실질적 투명 기판 (104)(예를 들어, 글래스 또는 폴리머 기판) 을 제공하는 단계 202를 포함한다. 흐름도 200의 단계 204에서, 전면 접촉 전극 (106) 이 실질적 투명 기판 상에 배치된다. 단계 206에서, 광기전력 모듈 반도체 (108) 가 전면 접촉 전극 (106) 상에 배치된다. 흐름도 200에 도시된 바와 같이, 단계 208에서, 후면 접촉 전극 (110) 이 광기전력 모듈 반도체 상에 배치된다. 흐름도 200의 단계 210에서, 하나 이상의 콜로이드성 금속 나노파티클 (118) 을 포함하는 조성물 (102) 이 전면 접촉 전극 (106) 에 대향하는 쪽의, 광기전력 전지 (100) 의 실질적 투명 기판 (104) 상에 배치된다. 전체적으로 설명된 바와 같이, 적절하게, 단계 210의 배치하는 단계는 하나 이상의 형광성 나노파티클을 더 포함하는 조성물을 배치하는 단계를 포함한다.
예시적인 콜로이드성 금속 나노파티클뿐만 아니라 콜로이드성 금속 나노파티클의 사이즈 및 형상을 전체에 걸쳐서 설명한다. 예시적인 형광성 나노파티클뿐만 아니라 코어/쉘 조성물 및 사이즈또한 전체에 걸쳐서 설명한다. 적절하게, 콜로이드성 금속 나노파티클 및 형광성 나노파티클은 하나의 층에 존재하지만, 다른 실시형태에서, 콜로이드성 금속 나노파티클 및 형광성 나노파티클은 하나 이상의 별개의 층들에 존재한다.
적절하게, 본 발명의 조성물은 스핀-온 글래스 재료와 같은 유전체 재료 내에서 캡슐화된 콜로이드성 금속 나노파티클을 포함한다. 추가적인 실시형태에서, 본원에 설명된 바와 같이, 단계 210의 배치하는 단계는, 배치하는 단계 다음에 콜로이드성 금속 나노파티클에 각각의 나노파티클과 연관된 하나 이상의 리간드를 제공하는 단계와, 리간드를 경화하여, 각각의 나노파티클을 에워싸는 유전체 쉘을 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 조성물을 배치하는 방법이 본원에 설명되고 본 기술에 공지된다. 적절하게, 단계 210의 배치하는 단계는 조성물을 스핀 코팅, 잉크 젯 인쇄, 분무 또는 스크린 인쇄하는 것을 포함한다. 본원에 설명된 바와 같이, 적절하게 형광성 나노파티클들 사이의 평균 거리가 형광성 나노파티클의 푀르스터 거리 (R0) 보다 작거나, 같거나, 크게 하는 팩킹 밀도로 형광성 나노파티클이 배치되고, 추가적인 실시형태에서, 배치하는 단계는, 형광성 나노파티클들 사이의 평균 거리가 형광성 나노파티클들의 푀르스터 거리 (R0) 보다 작거나, 같거나, 크게 하고, 형광성 나노파티클과 금속 나노파티클 사이의 평균 거리가 형광성 나노파티클들의 푀르스터 거리 (R0) 보다 작거나, 같거나, 크게 하는 팩킹 밀도로 형광성 나노파티클과 금속 나노파티클을 배치하는 단계를 포함한다.
적절하게, 단계 208은 알루미늄, 주석 산화물 또는 아연 산화물을 포함하는 후면 접촉 전극을 배치하는 단계를 포함하고, 단계 204는 주석 산화물 또는 아연 산화물과 같은 투명 도전성 산화물 층을 포함하는 전면 접촉 전극을 배치하는 단계를 포함한다.
흐름도 200의 단계 206은 적절하게, 하나 이상의 수소화된 비정질 실리콘 층들, 하나 이상의 수소화된 비정질 실리콘 층들 및 하나 이상의 수소화된 마이크로결정질 또는 수소화된 나노결정질 실리콘 층들을 포함하는 광기전력 모듈 반도체 (208) 를 배치하는 단계를 포함한다. 광기전력 모듈 반도체를 배치하는 방법은 본 기술에 공지되어 있고 물리 기상 증착 (PVD), 화학 기상 증착 (CVD), 플라즈마 강화 CVD (PECVD) 등을 포함한다. 미국 특허 제 4,064,521 호, 제 4,718,947 호, 제 4,718,947 호 및 제 5,055,141 호를 참조한다. 본원에 설명된 바와 같이, 본 발명의 방법은, 광기전력 모듈 반도체의 다양한 층들 사이의 계면들 또는 광기전력 전지의 전극 (예를 들어, 전면 전극 또는 후면 전극) 과 광기전력 모듈 반도체 사이의 계면들 중 어느 하나에서 실리콘 층의 표면을 텍스쳐화하는 단계를 포함하지 않는다. 본원에 설명된 바와 같이, 종래의 광기전력 전지 제조 프로세스에서 텍스쳐화 단계를 제거하는 것은 전지를 제조하는데 필요한 시간과 비용을 감소시킨다. 그러나, 산란을 더 증가시키기 원한다면 표면을 텍스쳐화할 수 있다.
흐름도 200에 도시한 바와 같이, 단계 212에서, 본 발명의 방법은 콜로이드성 금속 나노파티클의 조성물 상에 실질적 투명 기판 (126)(예를 들어, 글래스 또는 폴리머 기판) 을 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시형태를 제공하였다. 본 발명은 이러한 실시예들로 제한되지 않는다. 이러한 실시예들은 설명의 목적으로 본원에 제공되며 제한하고자 하는 것은 아니다. (본원에 기재된 것들의 등가, 확장, 변형, 일탈을 포함하는) 대안들은 본원에 포함된 교시를 기초로 하여 관련 기술(들)의 당업자에게 자명할 것이다. 이러한 대안들은 본 발명의 범위 및 사상의 범위에 있다.
본 명세서에서 언급된 공개공보, 특허 및 특허 출원 모두는, 각각의 개별 공개공보, 특허 또는 특허 출원이 분명하게 그리고 개별적으로 참조문헌으로 본원에 포함되는 것으로 나타내어진 것처럼 동일한 범위로 참조로써 본원에 포함된다.

Claims (50)

  1. 하나 이상의 콜로이드성 금속 나노파티클을 포함하는 조성물로서,
    상기 조성물은 광기전력 전지의 실질적 투명 기판 상에 배치되는, 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 콜로이드성 금속 나노파티클은 Ag, Au,Cu 또는 Al을 포함하는, 조성물.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 콜로이드성 금속 나노파티클은 Ag 콜로이드성 나노파티클을 포함하는, 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 콜로이드성 금속 나노파티클은 약 50 nm 내지 약 800 nm의 사이즈인, 조성물.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 콜로이드성 금속 나노파티클은 약 100 nm 내지 약 800 nm의 사이즈인, 조성물.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 콜로이드성 금속 나노파티클은 약 200 nm 내지 약 800 nm의 사이즈인, 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 콜로이드성 금속 나노파티클은 구형, 반구형, 원통형 또는 원반형인, 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 조성물은 상기 콜로이드성 금속 나노파티클을 캡슐화하는 유전체 재료를 포함하는, 조성물.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 유전체 재료는 스핀-온 글래스 재료인, 조성물.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 조성물은 하나 이상의 형광성 나노파티클을 더 포함하는, 조성물.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 조성물은 상기 콜로이드성 금속 나노파티클과 상기 형광성 나노파티클을 포함하는 하나의 층을 포함하는, 조성물.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 조성물은 적어도 2개의 층을 포함하고, 상기 콜로이드성 금속 나노파티클과 상기 형광성 나노파티클은 별개의 층에 있는, 조성물.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 형광성 나노파티클은 CdSe, ZnSe, ZnTe, 및 InP 나노파티클로 이루어진 그룹에서 선택되는, 조성물.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 형광성 나노파티클은 CdSe, ZnSe, ZnTe, 및 InP으로 이루어진 그룹에서 선택된 코어, 및 상기 코어를 둘러싸는 ZnS 및 CdS로 이루어진 그룹에서 선택된 쉘을 포함하는, 조성물.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 코어는 Mn 또는 Cu로 도핑되는, 조성물.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 코어는 약 1 nm 내지 약 6 nm의 사이즈이고, 상기 쉘은 약 2 nm 미만의 두께인, 조성물.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 쉘은 약 l
    Figure pct00010
    내지 약 10
    Figure pct00011
    의 두께인, 조성물.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명 기판은 글래스를 포함하는, 조성물.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 광기전력 전지는 하나 이상의 수소화된 비정질 실리콘 층을 포함하는, 조성물.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 수소화된 비정질 실리콘 층들 사이의 계면들은 실질적으로 텍스쳐화되지 않는, 조성물.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 수소화된 비정질 실리콘 층들 사이의 계면들, 및 하나 이상의 수소화된 마이크로결정질 또는 수소화된 나노결정질 실리콘 층들 사이의 계면들은 실질적으로 텍스쳐화되지 않는, 조성물.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 광기전력 전지는
    하나 이상의 수소화된 비정질 실리콘 층들; 및
    하나 이상의 수소화된 마이크로결정질 또는 수소화된 나노결정질 실리콘 층들을 포함하는, 조성물.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 수소화된 비정질 실리콘 층들 사이의 계면들, 상기 하나 이상의 수소화된 마이크로결정질 또는 수소화된 나노결정질 실리콘 층들 사이의 계면들, 및 상기 수소화된 실리콘 층들과 상기 광기전력 전지의 전극 사이의 계면들은 실질적으로 텍스쳐화되지 않는, 조성물.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 수소화된 비정질 실리콘 층들 사이의 계면들, 및 상기 수소화된 비정질 실리콘 층들과 상기 광기전력 전지의 전극 사이의 계면들은 실질적으로 텍스쳐화되지 않는, 조성물.
  25. 제 1 항에 있어서,
    콜로이드성 나노파티클의 조성물 상에 배치된 실질적 투명 기판을 더 포함하는, 조성물.
  26. Ag 콜로이드성 나노파티클과 ZnTe 또는 CdSe 나노파티클을 포함하는 조성물로서,
    상기 조성물은 광기전력 전지의 실질적 투명 기판 상에 배치되는, 조성물.
  27. 광기전력 전지의 실질적 투명 기판 상의, 하나 이상의 콜로이드성 금속 나노파티클을 포함하는 조성물을 제조하는 방법으로서,
    (a) 실질적 투명 기판을 제공하는 단계; 및
    (b) 상기 콜로이드성 금속 나노파티클과 유전체 재료를 포함하는 조성물을 상기 실질적 투명 기판 상에 배치하는 단계를 포함하는, 조성물 제조 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 배치하는 단계는 상기 콜로이드성 금속 나노파티클을 각각의 나노파티클과 연관된 하나 이상의 리간드와 함께 배치하는 단계, 및 상기 (b) 의 배치하는 단계 다음에 상기 리간드를 경화시켜 각각의 나노파티클을 둘러싸는 유전체 쉘을 생성하는 단계를 포함하는, 조성물 제조 방법.
  29. (a) 실질적 투명 기판; 및
    (b) 상기 기판 상에 배치된 하나 이상의 콜로이드성 금속 나노파티클을 포함하는 조성물을 포함하는, 광기전력 전지.
  30. 제 29 항에 있어서,
    후면 접촉 전극을 더 포함하는, 광기전력 전지.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 후면 접촉 전극은 알루미늄, 주석 산화물 또는 아연 산화물을 포함하는, 광기전력 전지.
  32. 제 30 항에 있어서,
    상기 후면 접촉 전극 상에 배치된 광기전력 모듈 반도체를 더 포함하는, 광기전력 전지.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 광기전력 모듈 반도체는 하나 이상의 수소화된 비정질 실리콘 층을 포함하는, 광기전력 전지.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 수소화된 비정질 실리콘 층들 사이의 계면들은 실질적으로 텍스쳐화되지 않는, 광기전력 전지.
  35. 제 33 항에 있어서,
    상기 수소화된 비정질 실리콘 층들 사이의 계면들, 및 상기 수소화된 비정질 실리콘 층들과 전면 접촉 전극 사이의 계면들은 실질적으로 텍스쳐화되지 않는, 광기전력 전지.
  36. 제 32 항에 있어서,
    상기 광기전력 모듈 반도체는 하나 이상의 수소화된 비정질 실리콘 층들 및 하나 이상의 수소화된 마이크로결정질 또는 수소화된 나노결정질 실리콘 층들을 포함하는, 광기전력 전지.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 수소화된 비정질 실리콘 층들 사이의 계면들 및 상기 하나 이상의 수소화된 마이크로결정질 또는 수소화된 나노결정질 실리콘 층들 사이의 계면들은 실질적으로 텍스쳐화되지 않는, 광기전력 전지.
  38. 제 36 항에 있어서,
    상기 수소화된 비정질 실리콘 층들 사이의 계면들, 상기 하나 이상의 수소화된 마이크로결정질 또는 수소화된 나노결정질 실리콘 층들 사이의 계면들, 및 상기 수소화된 실리콘 층들과 전면 접촉 전극 사이의 계면들은 실질적으로 텍스쳐화되지 않는, 광기전력 전지.
  39. 제 32 항에 있어서,
    상기 광기전력 모듈 반도체 상에 배치된 전면 접촉 전극을 더 포함하는, 광기전력 전지.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 전면 접촉 전극은 투명 도전성 산화물 층인, 광기전력 전지.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 전면 접촉 전극은 주석 산화물 또는 아연 산화물을 포함하는, 광기전력 전지.
  42. 제 40 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 콜로이드성 금속 나노파티클을 포함하는 조성물은, 상기 전면 접촉 전극에 대향하는 쪽의, 상기 광기전력 전지의 상기 실질적 투명 기판 상에 배치되는, 광기전력 전지.
  43. 광기전력 전지를 제조하는 방법으로서,
    (a) 실질적 투명 기판을 제공하는 단계;
    (b) 상기 실질적 투명 기판 상에 전면 접촉 전극을 배치하는 단계;
    (c) 상기 전면 접촉 전극 상에 광기전력 모듈 반도체를 배치하는 단계;
    (d) 상기 광기전력 모듈 반도체 상에 후면 접촉 전극을 배치하는 단계; 및
    (e) 하나 이상의 콜로이드성 금속 나노파티클을 포함하는 조성물을, 상기 전면 접촉 전극에 대향하는 쪽의, 상기 광기전력 전지의 상기 실질적 투명 기판 상에 배치하는 단계를 포함하는, 광기전력 전지의 제조 방법.
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 (e) 의 배치하는 단계는 유전체 재료 내에 캡슐화된 콜로이드성 금속 나노파티클을 포함하는 조성물을 배치하는 단계를 포함하는, 광기전력 전지의 제조 방법.
  45. 제 44 항에 있어서,
    상기 (e) 의 배치하는 단계는 스핀-온 글래스 유전체 재료 내에 콜로이드성 금속 나노파티클을 포함하는 조성물을 배치하는 단계를 포함하는, 광기전력 전지의 제조 방법.
  46. 제 44 항에 있어서,
    상기 (e) 의 배치하는 단계는 상기 콜로이드성 금속 나노파티클을 각각의 나노파티클과 연관된 하나 이상의 리간드와 함께 제공하는 단계, 및 상기 (e) 의 배치하는 단계 다음에 상기 리간드를 경화시켜 각각의 나노파티클을 둘러싸는 유전체 쉘을 생성하는 단계를 포함하는, 광기전력 전지의 제조 방법.
  47. 제 43 항에 있어서,
    상기 광기전력 모듈 반도체를 배치하는 단계는 하나 이상의 수소화된 비정질 실리콘 층을 배치하는 단계를 포함하는, 광기전력 전지의 제조 방법.
  48. 제 47 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 수소화된 비정질 실리콘 층을 배치하는 단계는 상기 실리콘 층의 표면을 텍스쳐화하는 단계를 포함하지 않는, 광기전력 전지의 제조 방법.
  49. 제 43 항에 있어서,
    상기 광기전력 모듈 반도체를 배치하는 단계는 하나 이상의 수소화된 비정질 실리콘 층, 및 하나 이상의 수소화된 마이크로결정질 또는 수소화된 나노결정질 실리콘 층을 배치하는 단계를 포함하는, 광기전력 전지의 제조 방법.
  50. 제 49 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 수소화된 비정질 실리콘 층, 및 하나 이상의 수소화된 마이크로결정질 또는 수소화된 나노결정질 실리콘 층을 배치하는 단계는 상기 실리콘 층들의 표면을 텍스쳐화하는 단계를 포함하지 않는, 광기전력 전지의 제조 방법.
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