TW200931674A - Photovoltaic devices with integrated color interferometric film stacks - Google Patents

Description

200931674 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大體係關於將光能轉化為電能之光電子轉換器 (諸如，光電電池）的領域。

本申請案根據35 U.S.C· § 119(e)規定主張2007年10月19 . 日申請之標題為"COLORED PHOTOVOLTAICS USING

, INTERFEROMETRIC DISPLAY DEVICES AND PHOTOVOLTAIC INTEGRATED INTERFEROMETRIC DISPLAYS"的美國臨 〇 時申請案第60/999,566號（代理人案號QC0.234PR)之優先 權，該案之揭示内容以全文引用之方式併入本文中。 【先前技術】 一個多世紀以來，化石燃料（諸如，煤炭、石油及天然 氣）已在美國提供主要能源。對替代性能源之需要不斷增 加。化石燃料為快速地耗盡之非可再生能源。發展中國家 (諸如，印度及中國）之大規模工業化已對可用化石燃料造 成顯著負擔。另外，地理政治問題可迅速地影響此燃料之 ® 供應。全球變暖近年來亦引起更大關注。許多因素被認為 促成全球變暖；然而，化石燃料之普遍使用被假定為全球 . 變暖之主要原因。因此，急切需要找到可再生且經濟上可 ^ 行之能源，其亦為環境安全的。太陽能為環境安全之可再 生能源，其可轉化為其他形式之能量（諸如，熱及電）。 光電（PV)電池將光能轉化為電能且因此可用以將太陽能 轉化為電力。可使光電太陽電池非常薄且模組化。PV電池 之大小可在自幾毫米至幾十公分之範圍内。來自一 PV電池 135088.doc 200931674 之個別電輸出可在自幾毫瓦至幾瓦特之範圍内。若干pv電 池可以陣列進行電連接及封裝以產生充足電量。可將pv電 池用於廣泛範圍之應用中，諸如，將電力提供至衛星及其 他太空船、將電提供至住宅及商業財產、對汽車電池組進 行充電，等等。 儘s PV元件具有減少對煙燃料之依賴性的潛力，但卩、 * 元件之普遍使用已由於無效及美學關注而受到阻礙。因 此，此等態樣中之任一者的改良可增加pv元件之使用率。 β 【發明内容】 本發明之某些實施例包括光電電池或元件，其經整合有 干涉堆疊以將可見色彩反射至檢視者。根據特定應用之需 要，可使此等干涉著色型光電元件反射寬廣色彩範圍中之 任者。此可使其更具美學愉悅性且因此更有用於大廈或 建築應用中。 在各種實施例中’將干涉薄膜堆#包括於光電元件中且 ❹ #別地延伸於光電(PV)活性材料上’以反射干涉增強型反 射可見波長譜，使得元件呈現為被著色有一或多種色彩。 在彩色干涉薄膜堆叠位於PV元件之前側上的實施例中，干 ’步堆叠具有部分透射性以使光能夠到達PV元件以用於轉化 I電流。藉由選擇干涉堆叠薄膜來選擇可見光之相對反射 率及透射作為反射色彩之強度與穿過干涉堆叠之透射程度 ’的折衷卩用於在Pv元件中進行轉化或用於穿過位於 Pv元件之間的PV陣列（例如，太陽面板）。干涉堆疊可跨越 陣列而反射均-色彩或可經圖案化以產生單色或多色影 I35088.doc 200931674 像。在彩色干涉薄膜堆疊延伸於卩、元件或陣列之背側上的 一些配置中，背側取決於應用而可與在前側上一樣具有部 分透射性或可為不透明的。在任一狀況下，彩色干涉堆疊 "X賦予者色外觀作為圖案或毯覆式色彩（bianket c〇i〇r)。 構成干涉堆疊之干涉薄層可包含金屬薄膜、透明非導電 材料（諸如’介電質）、透明導電材料、氣隙及其組合，如 本文中所描述。在一實例中，干涉薄膜堆疊為干涉調變器 (IMOD) ’ IMOD包括吸收器、光學諧振腔及任選反射器。 在此實例中，IMOD經組態以藉由選擇光學諧振腔厚度或 兩度來”調變"反射色彩。在一些實施例中，IMOD可在光 學吸收器層及/或反射器層中具有對某些波長之光的明顯 吸收。在另一實例中’干涉薄膜堆疊包括二向色薄膜對堆 疊’其意欲干涉地增強色彩反射而無明顯吸收，從而允許 在無明顯吸收的情況下在反射色彩與至下伏光電活性材料 之透射之間進行直接折衷。 在一實施例中，光電元件包括光電活性材料及覆蓋光電 活性材料之第一側的干涉堆疊。干涉堆疊經組態以選擇性 地增強可見波長範圍内之選擇波長的反射。干涉堆疊將可 見色彩反射於第一侧上》 在另一實施例中，具有前側及背側之光電元件包括光電 活性層及干涉調變器。干涉調變器（IMOD)經組態以干涉 地調諧反射。干涉調變器包括將光學諧振腔形成於光電活 性層上之一或多個光學透明層，及位於光學諧振腔上之吸 收器層。 1350级 doc 200931674 在另一實施例中，光電元件包括光電活性層及二向色堆 叠一向色堆疊經組態以干涉地調諸光反射及透射。二向 色堆疊包括-或多個介電薄媒對…或多個對包括一具有 第-折射率之薄膜，其位於另一具有更低折射率之薄膜 上。 在另一實施例中，提供一種製造彩色光電元件之方法。 方法包括提供光電材料，光電材料具有：前侧，光入射於 前侧上；&背側。方法亦包括將干涉堆疊形成於光電材料 上。干涉堆疊經組態以干涉地增強特定色彩之可見光反 射。 在另實施例中，光電it件包括用於自人射光產生電流 之構件，及用於干涉地增強來自光電元件之第一側之特定 色彩之反射可見光的構件。 【實施方式】 在隨附示意性圖式中說明本文中所揭示之實例實施例， 示意性圖式僅用於說明性目的。 阻礙在可用表面上普遍地採用光電（pv)元件以將光能轉 化為電能或電流的一問題為歸因於其色彩而難以將其整合 於各種應用中（諸如，整合於招牌、廣告牌或大厦上）。活 性PV材料自身通常呈現為暗色，其中一些發光導體亦常常 為可見的，且兩種因素皆可阻礙Pv元件與周圍材料之摻 合。本文中在下文所描述之實施例利用干涉堆疊構造（諸 如，二向色對及IMOD(吸收器-腔·反射器）堆疊），干涉堆 疊構造經設計以使用光學干涉原理來增強可見範圍内之選 135088.doc 200931674 擇波長尖峰或峰值之反射。選擇性反射導致干涉堆疊以某 種色彩呈現至檢視者，且可經設計以根據特定應用之需要 來呈現某種色彩。取決於波長之干涉反射或透射由構成干 涉薄臈堆疊之材料的尺寸及基本材料特性支配。因此，與 普通染料或塗料相比，著色效應不易隨時間的過去而褪 色。 儘管本文中論述某些實施例及實例，但應理解，發明性 標的物超出特定揭示之實施例而擴展至本發明之其他替代 性實施例及/或使用以及其顯著修改及等效物。意欲使本 文中所揭示之本發明之範疇不應由特定揭示之實施例限 制。因此，例如，在本文中所揭示之任何方法或製程中， 構成方法/製程之動作或操作可以任何合適序列來執行且 未必限於任何特定揭示之序列。已在適當的情況下描述實 施例之各種態樣及優勢。應理解，可能未必根據任何特定 實施例來達成所有此等態樣或優勢。因此，例如，應認識 到’可以達成或最佳化如本文中所教示之一優勢或一優勢 群組而未必達成如可在本文中教示或建議之其他態樣或優 勢的方式來實施各種實施例。以下詳細描述係針對本發明 之某些特定實施例。然而，可以許多不同方式來體現本發 明°可在廣泛範圍之元件中實施本文中所描述之實施例， 該等元件併有光電元件以用於將光能轉化為電流。 在此描述中’參考圖式，其中貫穿全文，類似部分係使 用類似數字來表示。將自以下描述顯而易見，可在多種包 含光電活性材料之元件中實施該等實施例。 135088.doc 200931674 最初，圖1至圖3F說明一些光學原理及各種類型之用於 與光電元件整合的干涉薄膜堆疊，如參看圖5至圖％所描 述。圖4A至圖4E說明一些光電元件構造，干涉堆疊可與 光電元件構造整合。圖5至圖9C說明干涉堆疊（諸如， IMOD或二向色堆疊）與光電元件整合之實施例。 圖1說明光學諧振腔。此光學諧振腔之一實例為可產生 反射色彩譜之肥皂薄膜。光學諧振腔為可用以干涉地操縱 光之結構。圖1所示之光學諧振腔包含上部介面1〇1及下部 介面102 ^兩個介面101及1〇2可為同一層上之相對表面。 舉例而言，兩個介面101及1〇2可包含在玻璃或塑料板或薄 片或者玻璃、塑料或任何其他透明材料薄膜上之表面。空 氣或其他媒介可圍繞板、薄片或薄臈。光學諧振腔可在上 部介面101處具有一位於其一側上之材料，且在下部介面 102處具有位於另一側上之獨立材料。與光學諧振腔形成 介面101、102的材料可為金屬或部分反射層、透明媒介或 介電質（諸如，空氣）。與光學諧振腔形成介面1〇1、1〇2的 材料可相同或可不同。在所說明之實例中，光在介面 101、102中之每一者處部分地反射且部分地透射。 入射於光學諧振腔之前表面1〇1上的光射線1〇3被部分地 反射（如由光路徑104所指示）且沿光路徑1〇5而被部分地透 射穿過前表面101。射線103可具有寬廣之光譜分布。舉例 而吕，射線103可包含白光，且因此可具有來自可見範圍 内之寬廣波長範圍（450 nm至700 nm)以及在可見範圍外部 之波長的顯著分量。透射光射線丨〇5可沿光路徑丨〇7而被部 135088.doc 200931674 分地反射且沿光路徑106而被部分地透射出諧振腔。光學 諧振腔之光學特性（包括厚度）以及周圍材料之特性可影響 自介面101與介面1()2兩者所反射之光的振幅與相位兩者。 因此，射線104及107將取決於光學諧振腔及周圍媒介之特 性而各自具有振幅及相位。藉由省略多次内反射來簡化實 例’如將由熟習此項技術者所瞭解。 出於本文中所提供之論述的目的，自光學諧振腔所反射 之光的總強度為兩個反射光射線1〇4及1〇7之同調疊加。藉 由此同調疊加，兩個反射束之振幅與相位兩者促成集合強 度。將此同調疊加稱作干涉。兩個反射射線1〇4及1〇7可相 對於彼此而具有相位差。在一些實施例中，兩個波之間的 相位差可為180度（180。）且彼此抵消。若兩個光射線1〇4及 107之相位及振幅經組態以便減少特定波長下之強度，則 將兩個光束稱作在彼波長下相消地干涉。若另一方面，兩 個光束104及1 07之相位及振幅經組態以便增加特定波長下 之強度’則將兩個光射線稱作在彼波長下相長地干涉。相 位差取決於兩個路徑之光學路徑差，光學路徑差既取決於 光學諧振腔之厚度、材料在兩個表面101與102之間的折射 率’亦取決於周圍材料之折射率是高於還是低於形成光學 諧振腔之材料。相位差對於入射束103中之不同波長而言 亦不同。因此，射線104及107可相對於彼此而具有相位 差’且此相位差可隨波長而變化。因此，一些波長可相長 地干涉且一些波長可相消地干涉。一般而言，由光學諧振 腔所反射及透射的色彩與總強度因此取決於厚度及形成光 135088.doc 200931674 學諧振腔與周圍媒介之材料。反射波長及透射波長亦取決 於視角，不同波長係以不同角度來反射及透射。 上文所解釋之原理可用以建構如下結構該等結構將取 決於光之波長而干涉地選擇性地反射及/或透射入射光之 可見波長的波長譜或範圍。可將使用干涉原理取決於光之 波長而影響其反射或透射的結構稱作干涉薄膜堆疊或更簡 單地稱作干涉堆疊。在一些實施例中，干涉堆疊為干涉調 變器（IMOD)，IMOD包括夾於光學吸收器與反射器之間的 光學譜振腔。反射器可為獨立提供之部分或完全反射層。 或者，在下伏元件中具有自身功能之其他層可充當複合反 射器。在其他實施例中’干涉堆疊為二向色薄膜堆疊。如 將由熟習此項技術者所瞭解，不同於im〇d，二向色堆疊 不利用吸收器且因此可公平地反射強烈之干涉色彩而無顯 著吸收’此對於光電元件之前側上的透射性應用而言可為 有益的（見圖5至圖9C及附帶描述）。另一方面，二向色堆 疊需要多對二向色薄膜沈積之費用，以便獲得所要色彩之 高反射率。如將由熟習此項技術者所瞭解，在自干涉堆疊 所反射之光之光學路徑長度與可見波長處於大約相同之數 量級的情況下，視覺效應可相當明顯。當光學路徑長度增 加且超過白光之相干長度（例如，5000 nm及以上）時，干 涉不再有可能，因為光之相位失去其相干性，使得損失視 覺干涉色彩效應。 圖2A中展示光學諧振腔之實例。在圖2A中，光學諧振 腔200位於介面210與211之間。光學諳振腔200之折射率為 135088.doc -13- 200931674 N2。如圖2A所示’入射於介面21 〇上之射線2 12可被部分地 反射（如由射線213所指示），且沿射線214而被部分地透射 穿過介面210。透射射線214進一步被部分地反射（如由射 線21 5所指示）且沿射線216而被部分地透射穿過表面211。 常常’將光學諧振腔200之厚度組態為與可見範圍内之波 長處於相同之數量級。 如刖文所註釋’介面210、211處之反射射線213、215的 振幅與相位兩者取決於形成介面210及211之媒介的折射率 及各種媒介之折射率是南於還是低於彼此。詳言之，當波 自具有更低折射率之媒介過渡至具有更高折射率之媒介時 在介面處所反射之光相對於入射射線而經歷18〇。相變。此 介面處之透射波將不經歷相變。因此，若，則射線 21 3將相對於射線2 14而具有1 80。相移。 類似地，在介面211處，若ΝρΝ2，則射線215將相對於 射線214而經歷180。相變。如所說明，光學諧振腔2〇〇之厚 度217經組態成使得其為入射射線212之波長分量中之一者 的四分之一波長21 8(V^)(在媒介内）。因此，考慮到光學諧 振腔之厚度21 7以及在介面211處反射時之180。相移，反射 射線215可相對於反射射線213而為18〇。異相。射線213及 215將因此相消地干涉。若射線213、215兩者之振幅相 等’則其將完全地相消地干涉，從而留下很少或未留下自 表面210之反射。若射線兩者之振幅不相等，則其將僅部 分地相消地干涉《由於光學諧振腔2〇〇之厚度217為僅一特 定波長（亦即，若在可見範圍内，則為色彩）之四分之一波 135088.doc •14- 200931674 長，所以相消干涉對於僅一波長而言可僅為完整的，或被 最大相消地干涉。對於其他波長而言，相消干涉可較不完 整，且因此可發生某一反射。因此，如將由熟習此項技術 者所暸解’來自表面210之反射光將呈現特定色彩。如將 由熟習此項技術者所瞭解，射線215在介面21〇處將亦具有 反射及透射。出於簡單性起見，為了論述之目的而忽略此 及其他更高階反射。 反射射線213、215將相長地干涉還是將相消地干涉可取 決於光學諧振腔之厚度217。舉例而言，若厚度217經組態 成使得其為入射射線212之特定波長分量之波長218的二分 之一未圖示），則反射射線215之相位可與反射射線 213相同，且其可相長地干涉。相長干涉可引起自介面21〇 之顯著反射。由於厚度217為僅一特定波長之波長的二分 之一，所以相長干涉對於僅一波長而言可最大。對於其他 波長而言，相長干涉可較不完整，且因此與在對應於光學 諧振腔厚度217之波長下的反射相比可發生更小反射。因 此，反射將針對某些波長而被選擇性地增強，若該等波長 位於可見㈣内’則此將導致某種色彩之總反射外觀。 干涉堆疊可包含一對光學薄膜（如圖2Α所示之光學薄 膜）。若一光學薄膜之折射率大於另一者，則如上文所解 釋，反射射線可相對於入射射線而經歷相移。將此對光學 薄膜稱為—向色對。二向色對可取決於兩個薄膜之光學特 性（包括# -薄膜相對於波長之厚度）而導致相長或相消干 涉類似地，干涉堆疊可包含如圖2Β所示之多對光學薄 I35088.doc -15· 200931674 膜0 向色薄膜對221a 個 在圖2B中，干涉堆疊220由

221b、221c形成。每一對包含具有相對較高折射率⑻之 媒介及具有相對較低折射率（L)之媒介。如上文所解釋， 連續相對較高及較低折射率之使用允許對於自介面之每一 反射而言可被相移，之反射，使得光自具㈣一折射率 (L)之媒介行進至具有更高折射率（H)之媒介。所有層之折 射率可不同於彼此且無需相同。因此，所有相對較高折射 率層未必具有相同折射率’且對於相對較低折射率層而言 同樣如此。 在圖2B中，二向色對221a、2m、221c經組態成使得每 一層之厚度等於所關注波長之四分之一波長（1/A)〇如所說 明，入射射線221a行進穿過空氣或其他相對較低折射率材 料。射線222可入射於第一二向色對221&上，從而產生某 一反射及某一透射。一旦任何反射射線223a_223e在介面 224a處反射出干涉堆疊22〇，其相對相位便取決於反射射 線223a-223e在兩種媒介之間之介面224a_224e處是否經歷 相移，且亦取決於由任何反射射線223a_223e所行進之光 學路徑長度。在以下論述中，將相對於介面224&處之入射 射線222的相位來論述相位。如為熟習此項技術者所知， 圖2B相對於介面224a處之入射射線222將反射射線223&描 繪為180°異相。二向色對22u包含相對較高折射率層及相 對較低折射率層。如圖2B所示，二向色對22 la中之第二層 的折射率係相對地低於第一層之折射率，且因此，反射射 135088.doc 200931674 線223b在介面224b處反射時不經歷相移。然而，相對於介 面224a處之入射射線222的相位，介面224b處之反射射線 223b因四分之一波長光學薄膜之光學路徑而被相移90。。 當反射射線223b再次在反射時橫越四分之一波長光學薄膜 時’其相對於介面224a處之入射射線222被相移又一 90。。 因此，在介面224a處，反射射線223b相對於入射射線222 被相移180。。由於第一反射射線223a亦相對於介面224a處 之入射射線222被相移180。，所以反射射線223a與223b同 相，且因此’其相長地干涉。對於介面224c、224d及224e 處之射線223c、223d及223e的反射而言，情況類似。自干 涉堆疊220之全反射將等於射線223a-223e之同調疊加，且 在相長干涉之狀況下’反射可為顯著的。如上文所解釋， 可取決於形成二向色對22la、221b、221c之光學諧振腔的 厚度而最大化光波長（亦即，若在可見範圍内，則為色彩） 之反射。 圖2C展示類似於圖2B之干涉堆疊之干涉堆疊之反射比 對比波長的圖表。如圖表中所表達，多個二向色對之干涉 堆疊可取決於每一二向色對内之光學薄膜的厚度而最大化 某一波長範圍的反射。在所說明之圖表中，反射比可在近 似550 nm之峰值231周圍被最大化。因此，峰值波長232可 為近似550 nm，其對應於為55〇 nm之四分之一的四分之一 波長光學諧振腔厚度，或對於具有1〇之折射率的媒介（空 氣）而言為近似1375 A(埃）。如將為熟習此項技術者所清 楚，二向色對内之光學薄膜的實際厚度將取決於構成光學 135088.doc -17· 200931674 薄膜之媒介的折射率。一般而言， 之#墨唯抠她®由 對於折射率n0及空氣中 之先學為振腔厚度tair而言，等 t /n b 寸双九學薄臈之厚度將等於 air/n。因此，一般而言，形成二向多+ 可且古心士胡时, 门色對之兩個光學薄膜 可具有如由溥膜之折射率所規定 〜心〈稍微不同的厚度。峰值 231亦具有半峰值頻寬233,其 ^ ^ c A ^為等於峰值或最大反射比 之一半之反射比234下之峰值的官_ 盔、…ΛΛ 的寛度。圖2C之半峰值頻寬 為近似100 nm。被反射出具有如 圖2C所描繪之特性之特性

之干涉堆疊的色彩可具有淺綠色澤 甲4馬綠色。熟習此項技 術者應瞭解’其他干涉堆疊構造 豎稱&可導致可見範圍内之多個 峰值以產生不同色彩（例如，非原色 开你巴）。舉例而言，圖2B之 二向色對221 a-22 lc可具有更大厘庳 ..y ’更大厚度，使得對於可見範圍 内之多個波長峰值而言發生相長干涉。 圖2D說明另-包含二向色對之干涉堆叠勝在所說明 之實施例中，高折射率光學薄膜241失於兩個二向色對堆 疊242、243之間。不同於圖2B之可最大化某一波長下之反 射的干涉堆疊220，此實施例可最小化特定波長下之反 射。在此實例中，不同於圖2B，入射射線244所照射之第 一光學薄膜為具有相對較低折射率之四分之一波長厚的光 學薄膜。圖2E中展示依據波長而描繪自干涉堆疊24〇出來 之反射比的圖表。如可見，光學薄膜之厚度判定反射將被 最大化或被最小化時的波長。 圖3入描繪呈干涉調變器（1]^〇〇)300之形式的干涉堆疊。 IMOD 300包括吸收器層301及光學諧振腔3〇2。在圖3A 中’光學諧振腔3 02夾於兩個反射表面之間。詳言之，吸 135088.doc • 18 - 200931674 收器層301界定光學諧振腔3〇2之頂部，而底部反射器層 3〇3界定光學諧振腔3〇2之底部。吸收器層3〇ι及反射器層 303之厚度可經選擇以控制光之反射比及透射比的相對 量。吸收器層與反射器層兩者可包含金屬，且可使兩者具 有部分透射性。如圖3 A所示，入射於光學干涉腔之吸收器 層301上的光射線3〇4可沿路徑3〇5及3〇6中之每一者而被部 分地反射出光學干涉腔。如由觀測者在前側或入射側上所 檢視的照明場為兩個反射射線3〇5與3〇6之疊加。可藉由改 變反射器層之厚度及組合物來顯著地增加或減少大體上被 反射或透射穿過底部反射器303之光的量，而反射之視色 主要地藉由由光學諧振腔101之大小或厚度及吸收器層3〇1 之材料特性所支配的干涉效應來判定，材料特性判定射線 305與306之間的光學路徑長度差。調變底部反射器厚度 303(或省略而有利於藉由光學諧振腔302與下伏媒介之間 的介面來提供任何反射率）將調變反射色彩之強度對比 IMOD 300之總反射率且因此影響穿過im〇d 300之透射的 強度。 在一些IMOD中’光學腔302由一個層（諸如，光學透明 介電層）或複數個層界定。在其他IMOD中，光學讀振腔 302由氣隙或光學透明層與氣隙之組合界定。光學諸振腔 302之大小可經調諸以最大化或最小化入射光之一或多種 特定色彩的反射。由光學干涉腔所反射之色彩可藉由改變 腔之厚度而改變。因此，由光學干涉腔所反射之色彩可取 決於腔之厚度。 135088.doc •19· 200931674 圖3B為呈IMOD 300之形式之干涉堆疊的簡化示意圖。 如所說明’ IMOD 300為吸收器-腔-反射器堆疊，其包含吸 收器301、部分或全反射器303，及形成於吸收器301與反 射器303之間的光學諧振腔302。吸收器可包含各種材料 (諸如，鉬（Mo)、鈦（Ti)、鎢（W)、鉻（Cr)，等等）以及合金 (諸如’ MoCr)。反射器303可（例如）包含金屬層（諸如，鋁 (A1)、銀（Ag)、麵（Mo)、金（Au)、Cr，等等），且可通常足 夠厚而為不透明的（例如，300 nm)。在其他IMOD中，反 射器3 03為部分反射器且可薄達2〇 A。通常，為部分反射 器之金屬反射器303將在20 A與300 A之間。光學譜振腔 302可包含氣隙及/或一或多種光學透明材料。若光學諧振 腔302由反射器3〇3與吸收器層301之間的單個層界定，則 可使用透明導體或透明介電質。用於光學干涉腔3 〇2之例 示性透明材料可包含介電質（諸如，二氧化石夕（si〇2)、二氧 化鈦（Ti02)、氟化鎂（MgF2)、氧化鉻（m)(Cr3〇2)、氮化矽 (ShNO，等等）以及透明導電氧化物（TC〇)(諸如，氧化銦 錫（ITO)、氧化鋅（ZnO)，等等）。更一般而言，任何具有在 1與3之間的折射率（n)之介電質可形成合適之光學諧振腔。 在需要導電彩色IMOD堆疊的情形中，光學干涉腔3〇2可包 含導電透明薄膜。在一些IM0D中，光學諧振腔3〇2可包含 複合結構，複合結構包含多種材料，其可包括氣隙、透明 導電材料及透明介電層中之兩者或兩者以上。多個層及/ 或氣隙之可能優勢在於：堆疊之所選層可提供多個功能， 諸如，除了其在IM〇D 300中之光學作用以外的元件鈍化 135088.doc -20- 200931674 或抗擦傷性。在一些實施例中，光學諧振腔可包含一或多 種部分透明材料（不管是導電的還是為介電的）。 參看圖3C，在其他實施例中，光學諧振腔3〇2之厚度可 包含由間隔物311(諸如，橫桿、柱樁或支柱）所支撐之氣隙 302。在IMOD 300内，光學諧振或干涉腔3〇2可為靜態氣 隙’或可為動態氣隙（亦即，使用（例如）mems技術而可 變）。 干涉調變器（IMOD)結構300(諸如，圖3B或圖3C所示）使 用光學干涉而選擇性地產生所要反射輸出。可藉由選擇靜 態光學諧振腔302之厚度及光學特性以及吸收器3〇1及反射 器303之厚度及光學特性來"調變"此反射輸出。或者，可 使用用以改變光學諧振腔302之大小的MEMS元件來動態 地改變圖3C之IMOD 300之反射輸出。由檢視吸收器3〇1之 表面的檢視者所觀測到的色彩將對應於彼等大體上被反射 出IMOD 300且大體上未由IMOD 300之各種層吸收或相消 地干涉之頻率。可藉由選擇光學諧振腔302之厚度來改變 干涉且大體上未被吸收之頻率。 圖3D說明如自與IMOD之前表面正交或垂直之方向所見 的IMOD(例如’圖3B或圖3C之IMOD 300)之反射比對比波 長的圖表。此圖表描繪反射光之波長譜，其可通常不同於 入射於IMOD上之光的波長譜。在所說明之圖表中，反射 比在近似540 nm之峰值350周圍被最大化。因此，峰值波 長351為近似540 nm(黃色）^峰值350亦具有半峰值頻寬 3 52，其為等於峰值或最大反射比3 54之一半的反射比3 53 135088.doc 200931674 下之峰值的寬度。如先前所提及，全反射曲線之峰值的位 置可藉由改變光學諧振腔302之厚度或材料或藉由改變堆 疊中之一或多個層的材料及厚度而移位。峰值的位置可取 決於視角。如所說明，僅存在一個峰值；然而，可取決於 腔之高度或厚度而存在具有不同振幅之多個峰值。如將為 熟習此項技術者所知，IM0D亦可經組態以調變吸收比或 透射比以及反射比。 圖3E及圖3F展示IMOD 300之實例，其中光學諧振腔（圖 3B中之302)包括氣隙且可使用MEMS技術而經機電地改 變。圖3E說明被組態為處於"打開，，狀態之IM〇D 3〇〇，且 圖3F說明被組態為處於"關閉"或，•崩潰"狀態之ΐΜ〇〇。圖 3E及圖3F所說明之IMOD 300包含基板320、光學薄臈堆疊 330及反射膜3〇3。光學薄膜堆疊33〇可包含吸收器（對應於 圖3B及圖3C中之303)以及其他層及材料（諸如，獨立透明 電極及介電層）。在一些實施例中，光學薄膜堆疊33〇可附 著至基板320。在"打開，，狀態下，光學薄膜堆疊33〇藉由間 隙340而與反射膜303分離。在一些實施例中，例如，如圖 3C所說明，間隙34〇可為由間隔物311 (諸如，橫桿、支柱 或柱樁）所支撐之氣隙。在”打開”狀態下，在一些實施例 中’間隙340之厚度可（例如）在120 nm與400 nm之間變化 (例如，近似260 nm)。因此，在"打開"狀態下，圖3B及圖 3C之光學諧振腔包含氣隙連同薄膜堆疊33〇内之吸收器上 的任何透明層。 在某些配置中，IMOD 300可藉由在薄膜堆疊330與反射 135088.doc •22- 200931674 膜303之間施加電壓差而自"打開"狀態切換至"關閉"狀態， 如圖3F所說明。在"關閉"狀態下，吸收器上之位於薄膜堆 疊330與反射膜303之間的光學腔由（例如）上覆於薄膜堆疊 3 3 0中之吸收器的介電層界定，且通常經組態以反射"黑色" 或最小可見反射，但亦可經組態以在關閉狀態下反射寬頻 帶白色。氧隙之厚度通常可在近似〇 nrn與近似2000 nm之 間（例如，在一些實施例中，在，，打開"狀態與"關閉”狀態之 間）變化。 在"打開"狀態下，入射光之一或多個頻率在基板32〇之 表面上相長地干涉。因此，入射光之一些頻率未被大體上 吸收於IMOD 300内，而是改為自IM〇D 3〇〇被反射〆被反 射出IMOD 300之頻率3〇〇外部相長地干涉。由檢 視基板320之表面的檢視者所觀測到的顯示色彩將對應於 彼等大體上被反射出IM〇D 300且大體上未由IM〇D 3〇〇之 各種層吸收的頻率。可藉由改變光學腔（其包括氣隙34〇)之 厚度來改變相長地干涉且大體上未被吸收之頻率，藉此改 變光學諧振腔之厚度。儘管在靜電MEMS方面進行描述， 但熟習此項技術者應瞭解，可藉由其他方式（諸如，藉由 壓力、溫度或藉由壓電效應）而將反射膜3〇3自"打開"狀態 移動或切換至"關閉”狀態。 圖4A展示典型光電（PV)電池40(^典型光電電池可將光 能轉化為電能或電流。PV電池為具有較小碳佔據面積且對 環境具有更小影響之可再生能源的實例。使用pv電池可減 少能量產生成本^ PV電池可具有許多不同大小及形狀（例 135088，doc -23- 200931674 如，自小於郵票至跨越若干英 ^ ^ 丁）右干PV電池可常常連 接在一起以形成長度可高達若 十英尺且寬度可高達幾英尺 之PV電池模組。模組又可纟入 β φ及連接以形成具有不同大小 及電力輸出之PV陣列。 陣列之大小可取決於若干因素，諸如，可用於特定位置 中之太陽光的量及消費者之需要。陣列之模組可包括電連 接件、安裝硬體、電力調節設備，及健存太陽能以在非晴

天時使用的電池組4V元件可為具有其附帶電連接件及周 邊裝置之單個電池、PV模組、Ρν陣列或太陽面板。”元 件亦可包括功能上無關之電組件(例如，由PV電池供電之 組件）。 參看圖4Α，典型PV電池包含安置於兩個電極4〇2、4〇3 之間的PV活性區域4〇卜在一些實施例中，ρν電池包含形 成有層堆疊之基板。PV電池之ρν活性層可包含半導體材 料（諸如’石夕）。在-些實施例中，活性區域可包含藉由使η 型半導體材料40^與1)型半導體材料4〇lb接觸（如圖4八所 不）而形成之p-n接面。此p_n接面可具有類二極體特性且因 此亦可被稱作光電二極體結構。 PV活性材料4〇1夹於提供電流路徑之兩個電極之間。背 部電極402可由鋁、銀或鉬或某一其他導電材料形成。背 部電極可為粗糙的且未經拋光。前部電極4〇3可經設計以 覆蓋p-n接面之則表面的顯著部分，以便降低接觸電阻且 增加收集效率。在前部電極403係由不透明材料形成的實 施例中’前部電極403可經組態以在ρν活性層之前部上留 I35088.doc -24- 200931674 下開口以允許照明照射在PV活性層上。在一些實施例中， 前部電極可包括透明導體，例如，諸如氧化錫（Sn〇2)或氧 化銦錫（ITO)之透明導電氧化物（TC〇)。丁c〇可提供電接觸 及導電性且同時使入射光透過。在一些實施例中，PV電池 亦可包含安置於前部電極403上之抗反射（AR)塗層404。 AR塗層404可減少自PV活性材料4〇1之前表面所反射之光 的量。 當照明PV活性材料401之前表面時，光子將能量轉移至 活性區域中之電子。若由光子所轉移之能量大於半導電材 料之帶隙，則電子可具有充足能量以進入導帶。藉由形成 P-n接面而產生内電場。内電場對被激勵之電子操作以導 致此等電子移動’藉此在外部電路4〇5中產生電流。所得 電流可用以對各種電元件（諸如，如圖4 a所示之電燈泡 406)供電。 PV活性層可由多種光吸收光電材料中之任一者形成， 諸如’結晶矽（c-矽）、非晶矽（α_矽）、碲化鎘（cdTe)、二硒 化銅銦（CIS)、二硒化銅銦鎵（CIGS)、光吸收染料及聚合 物 '藉由光吸收奈米粒子而分散之聚合物、ΙΠ_ν族半導體 (諸如’ GaAs) ’等等。亦可使用其他材料。本文中將光吸 收材料（其中光子被吸收且將能量轉移至電載流子（電洞及 電子））稱作PV電池之PV活性層或材料，且此術語意欲包含 多個活性子層。可取決於PV電池之所要效能及應用而選擇 用於PV活性層之材料。 在一些配置中，可藉由使用薄膜技術來形成PV電池。 13508S.doc -25- 200931674 舉例而言’在一實施例中，在光能穿過透明基板之情況 下’可藉由將第一或前部電極TCO層沈積於基板上來形成 PV電池。可將PV活性材料沈積於第一電極層上。可將第 二電極層沈積於PV活性材料層上。可使用沈積技術（諸 如，物理氣相沈積技術、化學氣相沈積技術、電化學氣相 沈積技術，等等）來沈積層。薄膜PV電池可包含非晶或多 晶材料（諸如，薄膜矽、CIS、CdTe或CIGS)。其中，薄膜 PV電池之一些優勢為較小元件佔據面積及製造製程之可調 能力。 圖4B為示意性地說明典型薄膜pv電池41〇的方塊圖。典 型PV電池410包括光可穿過之玻璃基板411。第一電極層 412、PV活性層4〇1 (經展示為包含非晶矽）及第二電極層 413女置於玻璃基板411上。第一電極層412可包括透明導 電材料（諸如，ιτο)。如所說明，第一電極層412及第二電 極層413將薄膜PV活性層4〇1夾於其間。所說明之pv活性 層40 1包含非晶矽層。如此項技術中所知，充當pv材料之 非晶矽可包含一或多個二極體接面。此外，非晶矽卩、層可 包含p-i-n接面，其中内在矽層4〇lc夾於p摻雜層4〇11?與11掺 雜層401a之間。p_i-n接面可具有高於p_n接面之效率。在 一些其他實施例中，PV電池可包含多個接面。 圖4C描繪干涉增強型PV堆疊或電池42〇之實例。干涉增 強型PV電池420包括PV活性材料或層4〇1。pv活性層4〇1可 包含形成於基板421上之薄膜光電材料。沈積於pv活性層 401下方之光學諧振腔422及反射器423經組態以干涉地增 135088.doc •26· 200931674 強PV活性層401中之電場的強度，從而導致具有改良效率 之干涉增強型PV電池420。PV活性層401可在一些區域中 覆蓋有不透明電極（未圖示）以促進電子及/或電洞傳導出 PV活性層401。PV活性層401亦可覆蓋有透明導電氧化物 (TCO)層424或覆蓋有TCO層與電極兩者。類似地，光學諸 振腔422可包含TCO層’ TCO層既充當光學諧振腔422之一 部分，以及亦充當用於使電洞及/或電子傳導出PV活性層 401之導電層》pv活性層4〇1可包含薄膜光電材料，諸如， 非晶石夕、CIGS或其他薄半導體薄膜光電材料。反射器423 及光學諧振腔422之光學特性（尺寸及材料特性）經選擇成使 得自分層PV元件420之介面的反射相干地合計以在光電電 池之PV活性層401中產生具有合適之波長分布及相位的增 加場，其中光能被轉化為電能。此等干涉增強型光電元件 增加干涉光電電池之活性區域中的光能之吸收且藉此增加 元件之效率。在關於此實施例之變化中，可利用多個光學 諸振腔來獨立地調諧不同光波長且最大化PV活性層中之吸 收。内埋式光學諧振腔及/或層可包含透明導電或介電材 料、氣隙或其組合。 圖4D及圖4E說明PV元件430。如所說明，PV元件430包 含形成於半導體晶圓（諸如’矽晶圓）上之前部電極43 1、 432。然而，如將自以下描述所瞭解，其他pv元件可包含 薄膜光電材料。包括薄膜或晶圓型PV材料的PV元件可被 干/步地增強（見圖4C及附帶描述）。如圖及圖4E所說明， 許多PV疋件在元件之前側或光入射側上以及在pv元件430 135088.doc -27- 200931674 之背側上利用鏡面或反射導體。前側或光入射側上之導體 可包含匯流排電極43 1或栅線電極432。當光能由PV活性材 料40 1吸收時，產生電子·電洞對。此等電子及電洞可藉由 移至前部電極431、432或背部電極433中之一者或另一者 而產生電流，如圖4Ε所示。前部導體或電極431、432經圖 案化以既減少電子或電洞必須行進以到達電極的路徑之電 阻’同時亦允許足夠光穿過而至PV活性層4〇1。前部電極 431、43 2之圖案可包括窗434以允許入射光透射至pV活性 材料401。儘管將PV元件43〇說明為具有經圖案化之前部導 體或電極4：31、432及未經圖案化之背部電極433，但熟習 此項技術者應理解，亦可以不同方式來圖案化背部導體或 電極。前部電極431、432及背部電極433可包含反射金屬 導電材料。在一些實施例中，前部電極431、432及背部電 極433可包括透明導電材料（諸如，ΙΤ〇)，或包括透明導電 材料與反射導電材料兩者。 傳統上，pv電池之外觀由包含電極之材料及ρν電池之 pv活性材料規定。然而，隨著PV電池之使用變得更普遍 存在且出現對於PV電池之新應用，設計及製造著色卩¥電 池可變得重要。此等著色電池可增加視覺要求且添加美學 賈值舉例而σ，在设δ十及製造大廈整合pv應用（Bipv)時 已存在許多興趣。圖案化或毯覆PV元件上之色彩的能力可 幫助接受部署於大度屋頂及正面、廣告牌、汽車、電子設 備、服裝、鞋子及曝露至光之許多其他位 不僅干涉賴諸如，細D(吸收器鲁反射器堆叠電)及二 135088.doc -28 · 200931674 ’而且其具 選擇穿過干 向色對堆疊）提供產生耐久抗褪色色彩的能力 有產生所要強度及吸引人色彩同時仍允許設計 涉堆疊之光透射程度的額外優勢。 用以將色彩併入PV電池之替代性方法係添加具有適當 色彩之染料或顏料或添加著色材料於PV堆疊中。然而，由 此染色而引起之高光吸收降低PV電池之效率。此外，色彩 具有在比PV元件之使用壽命短的時間中褪色的趨勢（尤其 係因為元件常常意欲持續地曝露至太陽光）。

因此’下文之實施例描述藉由將干涉堆疊（諸如，imod 或二向色對）與PV電池或元件合併或整合來"著色"pv電 池。在PV元件上使用干涉堆疊可允許具有自干涉堆疊反射 之色彩的外觀’因此向PV電池或元件賦予"色彩"。由於可 藉由使用具有適當厚度及材料（折射率）之光學諧振腔以及 藉由針對吸收器及反射器而選擇且使用適當厚度及材料來 選擇自IMOD之反射的色彩，所以與PV電池或元件合併之 IMOD可經組態以反射如為任何特定應用所要之色彩。有 利地，干涉色彩反射效應由光學諧振腔之厚度及材料以及 反射器材料與吸收器材料之厚度與材料支配。因此，色彩 效應與普通染料或塗料相比不易隨時間的過去而褪色。類 似地，二向色光學薄膜對可經組態以增強所要色彩之反射 且具有實際上無吸收之附加益處，從而允許所要反射色彩 及強度之最大透射，以交換形成許多層之費用。 圖5說明PV元件之實施例，PV元件併有干涉薄膜5〇1堆 疊以反射色彩。PV元件500包含光電（PV)活性材料401。在 135088.doc -29· 200931674 所說明之實施例中’干涉堆疊501覆蓋光電活性材料4〇1之 剛側。在各種實施例中，千涉堆昼5 0 1可包含不同干涉結 構，諸如，IMOD(吸收器-腔-反射器堆疊）或二向色對堆 疊’如將自下文圖6A至圖6E之描述所清楚。所說明之前 側干涉堆疊5 01具有透射反射性（亦即，同時具有透射性及 反射性）且可經組態以反射足夠光以便賦予色彩，但仍透 射充足光以便產生電《在二向色對實施例中，任何未被反 射之光皆被透射。在吸收器-腔-反射器堆疊中，可將反射 〇 器形成得充分地薄’以便成為具有至PV活性材料4〇1之充 足透射的部分反射器。可將入射至干涉堆疊5〇丨上的光射 線502特徵化為具有表達存在於光射線5〇2中之各種波長分 量的光譜分布502a。如所說明，光射線5〇2包含可見範圍 内之寬廣波長譜（自400至750 nm)且可因此表示自環境白 光源（諸如’太陽或人造照明）入射之光。入射至PV元件 500上之射線502藉由干涉堆疊5〇1而被部分地反射（如由射 ◎ 線503所指示），且被部分地透射於射線504及5〇5中。干涉 堆疊501經組態以干涉地增強可見波長範圍内之一或多個 波長譜的反射。因此’亦可將反射射線5〇3特徵化為具有 光譜分布503a。光譜分布可包含一或多個波長譜或範圍， 使得反射射線503與可見範圍内之其他光波長相比具有一 或多個光波長之相對較高強度。由於反射射線5〇3中之— 或多個波長的選擇性増強，自光入射側檢視pv元件5〇〇之 檢視者將察覺到至干涉堆疊5〇1且因此至pv元件5〇〇之相干 色彩。 135088.doc •30- 200931674 如上文參看圖4E所註釋，PV電池或元件之一些實施例 包括前部或背部電極以及經圖案化以允許光透射至光電活 性材料的窗434。如圖5所示，入射於窗區域434内之光射 線502可沿射線504及505而透射穿過干涉堆疊5〇1。干涉堆 疊可經組態以既增強某一光部分之反射以便賦予色彩外 觀，同時亦仍透射入射光502之實質部分（如由透射射線 5 0 5所表示）。 習知地，最小化自PV元件之前側的反射被認為係有利 的。因此，如圖4A所示，PV元件400可包含位於pv活性材 料401前部之抗反射塗層404。與此典型努力相反，併有干 涉堆疊以便反射特定色彩之PV電池故意地增強一些光波長 之反射，藉此降低效率。然而，在PV電池之效率與美學要 求之間存在折衷，PV電池在各種應用（諸如，大厦、招牌 或廣告牌）中反射匹配於周圍環境之色彩。在一些實施例 中’被反射出干涉堆疊50 1 (包括位於曝露PV活性材料401 之窗434前側上的部分）之可見光的反射率大於1〇%。在其 他實施例中，相對於可見入射光，其大於15%。在此等實 施例中，除了歸因於干涉堆疊5 〇 1中之吸收的任何損失以 外’損失入射可見光之至少10%或15%»然而，此歸因於 具有干涉堆疊501之ρν元件500的美學優勢而為可接受的， 且隨之發生之更普遍接受可導致對太陽能之全面更大俘 獲。有利地，二向色對堆疊具有低吸收且因此對於pV轉化 而言可更有效。因此，在需要高峰值反射比（例如，峰值 處之80〇/〇或更大）的應用中，二向色對可為較佳的，因為其 135088.doc -31 - 200931674 可具有更低吸收損失。然而，二向色對堆疊可更昂貴，因 為其可包含比最少僅需要一吸收器及一光學諧振腔之 IMOD多的層。 在本發明之各種實施例中，被反射於射線5〇3中之光可 取決於干涉堆疊501内之光學薄膜或光學干涉腔以及吸收 器與反射器層之光學特性而具有各種特徵。因此，射線 5〇3可具有不同於入射光5〇2a之光譜分布的光譜分布 503a °被反射出干涉堆疊之光的光譜分布5〇3&在可見波長 範圍内不平坦。亦即，在一些實施例中，光譜分布5〇3a包 含一或多個峰值，其對應於一或多個峰值波長，反射比在 一或多個峰值波長下高於其他波長。峰值對照其他可見波 長之降低反射率的背景而導致特定著色外觀。在一些實施 例中，峰值波長下之反射率或反射比可比整體可見反射率 局得多°在此等實施例中，峰值反射比可高達20%至 95%。分布亦將包含在峰值波長附近之波長在該等波長 下，反射比相對較高，但不如峰值波長下之反射比高。峰 值下之反射率可因此藉由頻寬（諸如，半峰值頻寬）而特徵 化。反射率尖峰之半峰值頻寬為等於峰值波長下之反射比 之半之反射比下之頻帶的寬度。在一些實施例中，反射 波長譜中之峰值或尖峰的半峰值頻寬等於或小於150 nme 特疋吕之，反射光分布中之尖峰的半峰值頻寬可在5〇 nm 與1〇〇 nm之間β在一些實施例中，反射光之光譜分布包含 单個峰值。在其他實施例中，光譜分布可包含多個尖峰或 脈衝其以多個反射比峰值為中心，其中每一峰值對應於 135088.doc -32· 200931674 一峰值波長。 pv活性材料或層401可包含沈積薄膜，或可由其上之單 晶半導體基板及/或蟲晶層之部分形成。沈積薄膜活性 材料可包3 (例如）非晶石夕薄臈，其近來已得到普及。在其 他技術當中，可藉由物理氣相沈積（PVD)、化學氣相沈積 (CVD)、電化學氣相沈積或電漿增強化學氡相沈積 (PECVD) ’將作為薄膜之非晶妙沈積於較大區域上。如由 熟習此項技術者所知，包含非晶矽層之PVs性材料可包括 具有η摻雜及/或p摻雜矽之一或多個接面，且可進一步包 含p-i-n接面。PV活性材料4〇1可包含其他適當材料，包括 鍺（Ge)、Ge合金，及如硒化銅銦鎵（CIGS)、碲化鎘 之合金，以及ΙΠ-V族半導體材料或串聯多接面光電材料及 薄膜。IH-V族半導體材料包括諸如砷化鎵(G，、氮化銦 (InN)、氮化鎵（GaN)、砷化硼（BAs)之材料。亦可使用如 氮化銦鎵之半導體合金。其他光電材料及元件亦為可能 的。形成此等材料之方法為熟習此項技術者所知。作為一 說明性實例，可藉由基於真空之製程來形成如cigs之合 金，其中將銅、鎵及銦共蒸錢或共減鑛，接著使甩砸化物 蒸氣進行退火以形成CIGS結構。基於非真空之替代性製程 亦為熟習此項技術者所知。 圖6A描繪具有光電活性材料之pv元件6〇〇，光電活性材 料在PV元件600之前側上覆蓋有干涉堆疊5〇1。在所說明之 實施例令，干涉堆疊501包含干涉調變器（IM〇D)30〇， imod 300包括吸收器301、光學諧振腔3〇2及反射器3〇3。 135088.doc •33- 200931674 在所說明之實施例中’為了最大化穿過IMOD 300而至PV 材料或PV活性層401之透射，反射器303包含部分反射器。 在其他實施例中’ IMOD 3 00可僅包含吸收器301及光學諧 振腔3 02(見圖6B)。在此等實施例中，反射器功能可在一 些區域中由前部導體431、432提供且在打開或窗區域434 中由PV活性材料層401及/或與其堆疊之層（例如，tc〇層） • 提供’以代替部分反射器303。在一些此等實施例中，pv 活性層401或層堆疊可被認為係用於IM〇D 300之”複合，，部 © 分反射器。

在一些實施例中，可將用於彩色PV元件600之IMOD 300 形成於預製造之PV電池或PV元件上。在此實施例中，PV 電池可能已經具有所沈積之電極’且可通常包含PV活性層 401及沈積於PV活性層401上之一或多個層以及前部導體 431、432。在圖6A之實施例中，上覆層601可包含如透明 導電氧化物（TCO)(諸如，ITO)之透明導體。常常將tc〇層 _ 用於光電材料（特定言之’薄膜光電材料），以便改良至PV 活性層401之電極接觸而不阻擋窗區域434中之光。功能 上，TCO形成前部電極43 1之一部分，從而完成用於載運 ' 由PV活性材料401所產生之電流的電路，但習知地，將上 -覆於TCO且將PV電池連接至更寬電路的更多導電金屬導體 稱作前部電極。如熟習此項技術者所知，普通TCO為氧化 銦錫（ITO) »形成或沈積ITO之方法在此項技術中為眾所周 知的且包括電子束蒸鍍、物理氣相沈積或濺鍍沈積技術。 亦可使用其他TCO材料及製造製程。在其他實施例中可省 135088.doc -34· 200931674 略TCO層。上覆層601可包含多個層且可視情況亦包含經 設計以提供合適之光學、電及/或機械目的之其他材料（諸 如，鈍化或抗反射塗層）。或者，可將IM〇D 300形成為彩 色PV元件600之製造中之單個製程的一部分。在任一狀況 下，可在已形成光電活性層401及前部電極431、432之後 將IMOD 300形成於光電活性層4〇 1上。 ❹ Ο 可因此接著藉由沈積或形成部分反射層以形成反射器 303來形成PV元件600中之IMOD 300。反射器303可由鏡面 或反射金屬（例如，鋁（A1)、鉬（Mo)、鋅（Zr)、鎢（W)、鐵 (Fe)、金（Au)、銀（Ag)及鉻（Cr)或前述之合金（諸如， MoCr))形成。對於圖6A之前側IMOD 300而言，反射器3〇3 為部分反射器，其經設計以反射足夠光以允許足夠干涉效 應導致自干涉堆疊所反射之所要色彩，同時亦允許相當多 的光透射至PV活性材料401。在此等實施例中，部分反射 器可薄達20 A，且厚達約3〇〇 A。如為熟習此項技術者所 知’用於由金屬形成非常薄之部分反射層的方法包括物理 氣相沈積。其他用於形成部分反射器3〇3之技術為可能 的。在一些實施例中，部分反射器303可為非金屬。 再次參看圖6A，接著將光學諧振腔3〇2沈積形成於部分 反射器303上 一實施例之光學諧振腔3〇2由Si〇2*其他透 明介電材料層形成》在一實施例中，光學諧振腔3〇2可部 分地或70全地由氣隙形成（見圖6]〇)。在此實施例中，氣隙 光學諧振腔302之合適厚度可在42 11111與7〇〇 nm之間以干涉 地產生在可見波長範圍内之色彩範圍。對於除了空氣以外 135088.doc •35· 200931674 具有等於η。之折射率（n)的材料而言，光學諧振腔3〇2可具 有在（42/n0)nm與（700/n〇)nm之間的間隙。因此， Si〇2(n=1.5或類似折射率）光學諧振腔3〇2之合適厚度可在 約30 nm與500 nm之間以產生在可見範圍内之強烈之干涉 色彩。儘管亦可以更大光學深度來獲得干涉效應，但熟習 此項技術者應瞭解，色彩隨著更大深度而開始褪色，因為 光學距離對應於多種波長之倍數。因此，可藉由光學諧振 腔（其在自10 nm至3000 nm(空氣）之間的任何數量範圍内） 來獲得干涉效應。沈積或形成Si〇2之方法在此項技術中為 已知的，其包括CVD以及其他方法。其他合適之用於形成 光學諧振腔302的透明材料包括1丁〇、Si3N4&Cr2〇3。在光 學諧振腔中使用透明導體可排除獨立TC〇以改良跨越窗區 域434之前部電極接觸。 在其他實施例中，IMOD 300可經組態以反射紅外線（IR) 或紫外線（UV)範圍内之光。在此等實施例中，光學諧振腔 302可等於所關注波長（λ。）的二分之一。因此，例如，對於 1200 nm之IR波長而言，光學諧振腔3〇2之高度或厚度等於 約600 nm(對於空氣填充型光學諧振腔3〇2而言），或等於 [λ0/(2*η。）](對於如上文所解釋之不同折射率（n。）材料而 言）。 再次參看圖6Α，將吸收器301形成於光學諧振腔3〇2上。 吸收器301可包含（例如）金屬或半導體層之半透明厚度。吸 收器層亦可包含具有非零n*k(亦即，折射率（η)與消光係數 (k)之非零乘積）之材料。詳言之，鉻（Cr)、鉬幻鈦 135088.doc •36· 200931674 (Ti)、矽（Si)、鈕（Ta)及鎢（W)皆形成合適層。在一實施例 中，吸收器301之厚度在20 A與300 A之間。 圖6B描繪干涉堆疊501之實施例，干涉堆疊501由不具有 部分反射器303之IMOD 300形成。在此實施例中，PV活性 層401以及下方之任何層（未圖示）或上方之任何層（諸如，

上覆層601)可一起充當複合部分反射器。在此等實施例 中’此部分複合反射器提供圖6A中之部分反射器303的功 能。詳言之，堆疊（包括PV活性材料401)可充當複合反射 器。在其他實施例中’ PV活性層401可包含干涉增強型ργ· 堆疊（如參看圖4C所描述）。在此實施例中，干涉増強型pv 堆疊中之個別層可經組態成使得堆疊對於IM〇D 300而言 充分地反射可見光以產生所要色彩效應。 明 621 圖6C描繪具有光電活性材料4〇1之？¥元件62〇，光電活 性材料401覆蓋有干涉堆疊501，其中干涉堆疊5〇1由二向 色對堆疊621形成。二向色對621與光電材料、電池或元件 之整合的一優勢在於：二向色對可包含具有很少或不具有 吸收之材料。此意謂由二向色對，大多數光被反射以 產生反射色彩或被透射至光電活性材料以產生 一二向色對堆疊621包含三個二向色對62la、62 = ，然而，二向色對堆叠621可包含少達僅—個二向色 對，且多達50個或50個以上二向色 巴對如上文參看圖2A及 圖2B所論述，單個二向色 與薄眩…心 巴對匕3兩個具有不同折射率之光 子溥膜更具體&之，一光學蓮胺 尤予溥臈之折射率高於對中 一光學薄膜之折射率。二向色 色對可包含一對光學薄膜，諸 135088.doc -37 200931674 如’硫化鋅㈣.3)與氟化鎂㈣.35)，或二氧化欽㈣ =氟= (n=l.35)。二向色對亦可包含其他介電材料，諸 或氮邦叫’ Η.5)、氧化鉻（Η·302, n=2.7) "石（Sl3N4 ’ n=1 8)。tc〇(諸如，氧化鋼錫_， n= W或氧化辞⑽2，n=2 G))亦可充當二向色料之光 學薄膜。其他光學读明从 4… 枓亦為可能的。如將為熟習此項 _所知，任何特定薄臈之精確折射率將根據材料之特 ❹

==術之特徵而變化。因此，上述材料之薄膜的折 可自上文所註釋之值變化。在需要導電二向色 堆疊之情形中，二向色對可包含導電透明薄膜。 如為熟習此項技術者所知，可使用諸如化學氣相沈積以 及此項技術中已知之其他技術的技術來適當地形成二向色 對621a、62ib、621c。在一實施例中，干涉堆疊内之每一 層的厚度對於入射光之一波長分量而言可等於媒介内之所 關注波長的四分之-。在其他實施例中，每一層之厚度可 等於待自二向色堆叠621反射之波長的二分之一。如^習 此項技術者將清楚’此等厚度之倍數亦為可能的，但非常 厚之層將削弱或弱化來自二向色堆疊621之峰值反射色彩 的強度及/或引入辅助峰值以更改色彩。其他厚度亦為可 能的，以最大化任何特定波長下之特定干涉效應（諸如， 相長干涉對比相消干涉）。形成任何單個二向色對之光學 薄膜可具有相等光學路徑長度，或其可具有不同光學路徑 長度。如先前所註釋，熟習此項技術者應瞭解，即使具有 相等光學路徑長度，形成二向色對之光學薄膜的實體厚度 135088.doc -38· 200931674 仍將不同，因為兩個光學薄膜之折射率不同。 -般而言，在可見範圍内，形成二向色對之光學薄膜的 厚度可取決於所探尋之特^波長下的特^干涉效應而在自 約30 nm厚至約300⑽之範圍内。對於紅外線或紫外線範 圍内之反射而言’光學諧振腔之厚度可等於所關注波長除 以光學薄膜之折射率（n。）的4倍[=λ/(4* n。)]。 在各種實施例中，-h Α ΙΑ. j Ύ 一向色堆疊621可包含單個二向色 ❹

對。在其他實施例中，使用在2個與50個之間的二向色 對。如為熟習此項技術者所知，包含3()或洲以上二向色 對的堆疊為普遍的。有利地，包含二向色對之干涉堆疊 501通常吸收得非常少，從而允許纽射色料觀與PV元 件之光轉化效率之間進行直接折衷，而無干涉堆叠训中 之額外吸收率損失。此等媒介之使用允許大量二向色對， 此改良組態干涉堆疊5()1以達成所要反射特徵（諸如，特定 波長下之反射比）的能力。此與im〇d(其中，通常，某些 光波長將通常被吸收’I因此損失—些光能）形成對 然而’ IMOD之色彩特徵在某些應用（特定言之，其中需要 來自〉數層之相對豐富的色彩)中可使其成為優於二向色 對干涉堆疊之較佳選擇。二向色對干涉堆疊之色彩特徵在 其他應用中可為較佳的（特定言之，在活性層之前部 上’其中需要高效率及因此低損失）。 圖6D描繪具有干涉堆疊5〇1之彩色pv元件Μ。，干涉堆 疊5〇1由光干諧振腔302包括氣隙之IMOD 300形成。在此 實施例中’光學譜振腔3〇2包含藉由支撑吸收器層301之支 135088.doc •39· 200931674 揮件3H而形成的氣隙。如在其他實施例中，光學譜振腔 3〇2可在窗區域434中具有高度6川，高度6仏與腔在電極 431、432上之高度631b相同或不同。因此，支撐件Η〗可 根據需要而具有變化之高度。支撐件311可呈支柱、柱 樁、橫桿、鉚釘等等之形式。氣隙光學諧振腔3〇2之合適 厚度可在30 run與500 nm之間以干涉地產生在可見波長範 圍内之色彩範圍。在光學諧振腔3〇2包含氣隙之一些配置 中，可藉由跨越吸收器301及部分反射器3〇3而施加電壓以 &進行靜電操作或藉由其他方法（諸如，藉由將壓力施加於 吸收器301上或施加溫度）而使吸收器3〇1變形或移動。 圖6E描繪本發明之一實施例。圖6£之Pv元件64〇包含干 涉堆疊501，干涉堆疊5〇1可為IMOD或二向色堆叠，其中 干涉堆疊501形成於光電（pV)活性層401上。所說明之實施 例進一步包含位於干涉堆疊5〇 1上之額外層641。額外層 641可包含漫射體、鈍化層、硬塗層及/或抗反射（AR)塗 層°漫射體可幫助使自干涉堆疊501所反射之色彩或影像 更具美學愉悦性或可幫助摻合像素以形成更好影像。鈍化 層可幫助保護干涉堆疊501内之結構或電性地及/或機械地 保護PV活性層401 ^額外層641可包含多個層，包括透明基 板以形成干涉堆疊層壓件（見下文圖9A至圖9C之論述）》抗 反射塗層可幫助減少非吾人所樂見之反射。 熟習此項技術者應容易瞭解，常常使用帶狀物或貼片來 電連接PV元件或電池以形成陣列以將多個PV元件或電池 之前部導體431、432或背部導體433連接至彼此（見圖9C及 135088.doc -40- 200931674 附帶論述）。在此狀況下，圖6A至圖6E所描繪之干涉堆疊 501及/或形成於干涉堆疊5〇1上之額外層641(例如，鈍化、 AR ’等等）可經圖案化以產生開口以允許根據需要而將導 電帶狀物焊接至前部電極431、432或背部電極433上。或 者’可將包含干涉堆疊501之材料選擇為具有導電性（諸 如’薄膜金屬或TCO)以允許直接將導電帶狀物焊接至干 涉堆疊上。在其他實施例中，可將干涉堆疊層壓至PV元 件、電池或陣列之表面上（見參看圖9A至圖9C之論述）。在 此等實施例中’可在焊接導電帶狀物之後進行層壓，此可 改良被固定之PV元件或電池之間的電連接性。 圖7展示彩色pV元件7〇〇之實施例，彩色pv元件7〇〇具 有：干涉堆疊501a，其形成於前部導體431、432兩者上； 以及干涉堆疊501 b，其形成於背部電極433上。如所說 明’ PV元件700在前表面以及背表面兩者上具有經圖案化 電極。在其他實施例中’背部電極433可未經圖案化且可 兀全不透明。如所說明，干涉堆疊5〇la、5〇lb可歸因於平 坦化層701而不為波狀《平坦化層7〇1可由任何合適之材料 形成（較佳為光透射材料）’以允許入射光702及703到達光 電活性材料403，但亦可使用部分透射材料。平坦化方法 為熟習此項技術者所知。 在圖7中，入射射線702、703被至少部分地反射（如由射 線704、705所指示）且沿射線7〇6而被部分地透射。透射射 線706可到達PV材料401且因此產生電。背部電極433通常 為不透明的。在此等實施例中，射線7〇3可被完全或幾乎 135088.doc 41 200931674 完全反射於射線705中。如上文參看圖5所論述，干涉堆疊 501a、501b可經組態成使得自干涉堆疊5〇u、5〇lb所反射 之射線704、705包含可見波長範圍内之一或多個峰值的增 強反射。因此，PV元件700可在元件之前侧與背側兩者上 顯示色彩。自前部及背部所反射之所選色彩可不同。應瞭 解，在其他實施例中，僅背側可具備干涉堆疊5〇lb。干涉 堆疊501a、50lb可包含二向色對堆疊或吸收器_腔_反射器 (IMOD)堆疊。在干涉堆疊501a、5〇lb包含IM〇E^實施例 中，反射器可為部分反射器且因此具有部分透射性以允許 光自前側或背側到達PV材料401。詳言之，在背部電極433 經圖案化之實施例中，光可在背部電極433圖案中之間隙 中透射穿過部分反射器且到達PV材料4〇1。 如上文參看圖5至圖7所論述，彩色pV元件可包含經安 置以便覆蓋光電活性層之干涉堆疊501。干涉堆疊5〇1顯示 取決於干涉堆疊之組態的色彩。在一些實施例中，此色彩 跨越PV元件而為均一的。在其他實施例中，反射干涉色彩 可跨越PV元件或跨越Pv元件陣列而變化。在此等實施例 中，PV元件或電池或者PV元件或電池陣列可組態上覆干 涉堆疊以形成影像（諸如，用於顯示器、招牌或廣告牌）。 具有非均一色彩之彩色PV元件的其他應用可包括建築大廈 應用、廣告牌，或向PV元件或電池賦予非均一色彩為所需 之任何應用。有利地，彩色PV元件或電池可替換習知招 牌、汽車表面，甚至服裝及鞋子，且賦予美學色彩而同時 自環境光得到電能》 135088.doc •42· 200931674 圖8A描繪在不同區域中具有不同反射色彩之pv元件的 實施例’ PV元件經組態以顯示特定影像、形狀、資訊或字 捋（如在顯示器、招牌或廣告牌中）。在圖8A中’靜態顯示 器800含有多個具有均一色彩之區域801 a-801g。舉例而 δ ’背景（沿截面8B之區域8〇la、8〇lc、8〇le及801g)可為 黃色、紅色、綠色或者白色或黑色。字母"ABC"(截面8B 中之區域801b、801d、80If)可更暗。舉例而言，字母 "ABC"可為藍色。 圖8B展示PV顯示元件8〇〇之截面。如圖8B所示，入射於 干涉堆疊501上之光射線811及8 12被部分地反射（如由射線 813、814所指示）’且沿射線81 5及816而被部分地透射。 在所說明之戴面中，干涉堆疊501包含im〇D 300，IMOD 300具有吸收器301、光學諧振腔及部分反射器3 〇3。如圖 8B所示’光學諧振腔3〇2之高度或厚度不均一。光學諧振 腔302經圖案化成使得IMOD 300包含多個具有不同諧振腔 厚度（對應於不同反射色彩）之區域801 a-801g°如所說明， 靜態顯示器8 00包含光學諧振腔3 02，光學諧振腔3 〇2具有 兩個對應於兩種不同色彩之光學腔高度。然而，顯示器 800可包含兩個以上高度且因此包含兩種以上反射干涉顯 示色彩。如圖8B所示，區域801a、801c、801e及801g具有 相對較大之光學諸振腔高度817a。另一方面，區域8〇5b、 805(1及805€具有更小之光學諧振腔高度8171)。此等不同高 度經組態以導致反射射線813、8 14之不同峰值（在不同峰 值波長下）之反射。以此方式’顯示器之一區域將展示一 135088.doc • 43· 200931674 色彩’且另一區域將展示不同色彩。在區域中之至少一者 中’ IMOD 300可經組態以反射足夠光以便顯示可見光色 彩，同時亦使充足光透射至PV材料403以產生電。因此， 儘官入射射線811及812被部分地反射於射線813及814中， 但充足光可被透射於射線81 7及818中之至少—者中以允許 在光電材料401中產生電流。在圖8B中，出於簡單性而未 展示前部電極。如將由熟習此項技術者所瞭解，PV顯示元 件800將包含可位於部分反射層303與光電材料4〇1之間的 前部電極。類似地，熟習此項技術者應瞭解，PV元件8〇〇 可包含此處未展示之層，諸如，位於PV活性層丨或干涉 堆疊501上之抗反射塗層、漫射體或鈍化層。pv元件8〇〇亦 可包含功能上在部分反射器3 〇 3與光電材料4 〇丨之間形成前 部電極之一部分的層（未圖示），諸如，丁〇〇層。又，P V元 件800可包含連續色彩變化之區域，而非均一色彩之相異 區域。如將谷易由熟習此項技術者所瞭解，可使用IMOD 3〇〇藉由連續地改變光學諧振腔3〇2、吸收器3〇1或部分反 射器303之高度來實現連續色彩變化。 圖8C及圖8D描繪PV顯示元件820之另—實施例。在圖8C 中，顯示於PV顯示元件820上之影像或圖案經像素化成使 得任何影像皆由多個像素P1_P15構成。因此，影像或圖案 包含規則像素陣列，如圖8C所示。如將由熟習此項技術者 所瞭解’像素化對於將數位影像轉移至靜態励D上而言 可為方便的，如圖8C所示。圖8D為圖8c之截面，其展示 經像素化PV顯示元件82〇之實施例。如所說明，干涉堆疊 135088.doc -44 - 200931674 501包含IMOD 3 00，IMOD 300包含吸收器301、靜態可變 高度光學諧振腔302及部分反射器303，其經圖案化以便形 成像素。每一像素P1-P15可由均一干涉子堆疊之區域形 成’使得一像素可由離散吸收器、光學諧振腔及部分反射 器構成。舉例而言’像素P13可由吸收器301、光學諧振腔 302a及部分反射器303構成》吸收器301以及光學諧振腔 302b、302c類似地分別形成像素陣列中之像素p14及P15。 如所說明，光學諧振腔302a、302b、3 02c可具有不同高 度’從而導致不同著色像素。在其他實施例中（諸如，在 均一色彩之區域中），若干鄰近光學諧振腔可具有約略相 等之高度。 在RGB機制中’像素P1_P15可包含紅色像素、綠色像素 及藍色像素。更一般而言’規則像素陣列可包含複數個紅 色像素、複數個綠色像素及複數個藍色像素。因此，舉例 而言，光學諧振腔302a可形成紅色像素，而光學諧振腔 302b可形成綠色像素，且光學諧振腔3〇2(；可形成藍色像 素。其他色彩機制亦為可能的，諸如，其中，CMY(青 色、时紅色、黃色）、RYB(紅色、黃色、藍色）及(紫 色、橙色、綠色）。如圖8D所示，主要改變光學諧振腔 302a、302b、302c之高度以改變色彩。然而，吸收器3〇2 厚度及反射11303厚度連同光”振腔厚度亦可隨像素不 同而變化。此允許在任何像素中具有任何所需色彩（色相） 及色調（飽和度及明度）的靈活性，因為吸收器3〇2、反射器 303或光學諧振腔逝中之任—者或全部的高度可在必要時 135088.doc -45- 200931674 加以修整。 如圖8D所示，入射於經像素化IM〇D 3〇〇中之像素pn、 P12上的光射線822a、823a被部分地反射（如由射線82几、 823b所指示）且沿射線822c、823c而被部分地透射。反射 射線822b、823b可含有不同波長分布且因此可取決於像素 . P11及P12之光學諧振層的高度或厚度而反射或顯示不同色 - 彩。如上文所提及，為了允許合理的電產生，IMOD 3 00 可經組態以反射足夠光以顯示色彩，同時允許充足光沿射 © 線822c、823c而透射至光電活性層4〇1。 圖8D中之可變高度光學諧振腔3〇2可包含介電材料，諸 如，二氧化矽或其他合適之光學透射或透明媒介。光學諧 振腔302可包含導體，諸如，TC〇或其他透明導電材料。 此外，在一些實施例中，光學諧振腔3〇2可包含氣隙。在 此實施例中，支撐件3U(見圖6D)可幫助形成氣隙。 如圖8A至圖8D所說明’干涉堆疊5〇1包含im〇d 300， • IMOD 3 00包含吸收器3〇1、光學諧振腔3〇2及反射器3〇3。 然而，如將為熟習此項技術者所清楚，亦可使用二向色對 來實現類似效應。舉例而言，可使用二向色對而使圖8八之 不同區域801&-8〇4具有不同色彩，如圖2八至圖2£及圖6〇 所為述。舉例而言，區域8〇la_8〇lg可具有不同數目之二 向色對以在各種區域中產生不同色彩強度。在另一實施例 中，可改變在區域80la-801g中包含二向色對之光學薄膜 的光干厚度’以便組態各種區域中之二向色對以反射不同 波長峰值或尖峰。然而，熟習此項技術者應瞭解，與二向 135088.doc -46- 200931674 色堆疊相比，藉由IMOD構造而更容易且更便宜地產生多 色彩圖案。 圖9A至圖9C描繪用於製造彩色pV元件9〇〇、92〇、93〇之 方法，其涉及層壓包括干涉堆疊之元件。通常，不管是形 成毯覆式色彩或實底式色彩（solid color)還是形成經圖案化 影像，皆無需使彩色干涉堆疊與跨越PV元件之橫向圖案對 準。因此’可獨立於PV元件而將干涉堆疊製造於（諸如）蓋 板（圖9A至圖9C)或背板（圖9C)上，蓋板或背板稍後被層壓 至PV元件以形成彩色PV元件。或者，可在層壓之後將彩 色干涉堆疊形成於蓋板或背板之外表面上。

圖9A描繪借助於透明基板91〇來製造干涉堆疊以覆蓋光 電/舌性層401之方法的實施例’透明基板91 〇被廣壓至pv元 件或電池911之表面上。在圖9A中，干涉堆疊501包含 IMOD 3 00，IMOD 300包含部分反射器303、光學諧振腔 302及吸收器301。可使用類似於上文所描述之技術的技術 而將IMOD 300形成於透明基板91〇上。透明基板91〇可包 含玻璃或其他合適之光學基板（諸如，高度透明可撓性塑 料）。基板910可具有位於與IM0D 300相對之侧上的黏接層 912以允許黏接至pv電池或元件911上。pv電池或元件911 可包含前部電極431、432且可進一步包含高度透射光學材 料之平坦化層701以相對於前部導體431、432而形成光滑 平坦表面以幫助層壓。可包括位於im〇d 300上之額外薄 膜914，諸如，鈍化層、硬塗層或ar塗層、漫射體，等 等°如由向下箭頭所指示，可接著將層壓件9丨3施加至PV 135088.doc •47- 200931674 電池或元件911以形成彩色Pv元件9〇〇。 圖9B說明製造彩色PV電池或元件920之實施例，其中光 學基板910面離PV元件91卜在囷叩中，彩色干涉堆疊5〇1 包含使用先前所論述之技術及材料而形成於基板91〇之一 側上的二向色對621。另外，在一些實施例中可將黏接 層912形成於二向色對621上以允許黏接至pv元件或電池 911可將額外層（未圖示）形成於二向色對621與黏接層912 之間。如圖9B所說明（其中干涉堆疊5〇1包含單個二向色對 621)’自上文之圖6C的論述應理解，彩色干涉堆疊5〇1通 常包含複數個二向色對。 出於說明之目的，圖9A展示由位於基板9〇丨之前側上之 IMOD 300所形成的干涉堆疊501，而圖叩展示由位於基板 91〇之背側上之二向色對621所形成的干涉堆疊5〇1。熟習 此項技術者應容易瞭解，可顛倒任一類型之彩色干涉堆疊 5 0 1的位置。 如圖9A及圖9B所說明，將干涉堆疊5〇1層壓至pv元件 911之前側上。然而，如將為熟習此項技術者所清楚，在 一些實施例中，可將層壓件913層壓至背側上（例如，在電 極433上）。在此等實施例中，背部電極433可完全不透 明。在其他此等實施例中，背部電極433可具有部分透射 性。在又其他此等實施例中，背部電極433可經圖案化以 包含f以允許光透射穿過或至PV活性層4〇1。 圖9C描繪PV元件430(見圖4D)之陣列93〇(諸如，太陽面 板）。PV元件430可包含PV電池或晶圓。在陣列93〇中 多 135088.doc • 48- 200931674 個PV7G件430被一起結合於前薄片或蓋板935與背薄片或背 板940之間。蓋板935可為玻璃或任何其他光學透明結合薄 片。可使用帶狀物或貼片或其他電連接件而將多個ρν元件 430電連接至彼此，使得ρν元件43〇可被固定在一起以形成 單個電陣列93〇或面板。儘管圖6Α至圖6Ε中關於向pV電池 或7G件賦予色彩的論述集中於向單個電池或元件賦予色 • 彩，但亦可使用干涉堆疊以藉由沈積或層壓（見圖9Α及圖 9B)IM〇D(吸收器-腔_反射器）薄膜或光學薄膜二向色對而 © 將色彩賦予至整個陣列或太陽面板（諸如，陣列930)上。詳

言之，可將干涉堆疊沈積或層壓至表面上或沈積或層壓於 蓋板935之上部介面942或下部介面944處以在前侧上產生 色彩反射。或者，為了形成在背側上反射色彩之彩色pv陣 列930，可在背板940之上部（内）介面946或下部（外）介面 948處沈積或層壓干涉堆疊。在干涉堆疊包含im〇d(吸收 器-腔-反射器）堆疊之實施例中，反射器可為部分反射器以 Q 允許充足光透射至PV電池43〇。因此，光可透射穿過圖9C 所描繪之整個堆疊以允許光透射至p v陣列9 3 〇在形成於p v 電池430之間的間隙之間的另一側。此透射在許多應用中 • (例如，在窗或其他建築應用中）可為所需的。如參看圖以 • 至圖8D所論述，施加於整個陣列930上之干涉堆疊可為毯 覆式的（均一色彩），或可經圖案化以形成具有不同色彩或 像素之各種區域以形成影像、可在前側或背側上具有透射 反射性且在一些配置中在背側上可為不透明的。 儘管前述詳細描述揭示本發明之若干實施例，但應理 135088.doc •49- 200931674 解，此揭示内容僅具有說明性且不限制本發明。應瞭解， 所揭示之特定組態及操作可不同於上文所描述之組態及操 作，且本文中所描述之方法可用於除了製造半導體元件以 外的内容中。熟習此項技術者應瞭解，關於一實施例所描 述之某些特徵亦可應用於其他實施例。舉例而言，已關於 光電電池、元件或陣列之前侧而論述干涉堆疊之各種特 徵，且此等特徵可容易應用於形成於光電電池、元件或陣 列之背側上的干涉堆疊。舉例而言，已關於形成於？乂元件 之前側上的IMOD之各種實施例而論述各種反射器特徵。 此等反射器特徵亦可應用於形成於ρν元件之背側上的 IMOD，包括使用部分反射器或省略反射器，同時針對 IMOD之一些實施例而將背部電極用作反射器。 【圖式簡單說明】 圖1示意性地說明理論光學干涉腔。 圖2A示意性地說明光學諧振腔之介面處的反射。 圖2B說明包含二向色薄膜對之干涉堆疊之介面處的反 射。 圖2C展示類似於圖2B之二向色堆疊之二向色堆疊的反 射比對比波長。 圖2D說明另一類型之包含二向色對之干涉堆疊。 圖2E展示類似於圖2D之干涉堆疊之干涉堆疊的反射比 對比波長。 圖3 A示意性地說明包括吸收器及光學諧振腔之干涉調變 器（IMOD) 〇 135088.doc -50· 200931674 圖3B為類似於圖3A之IMOD之IMOD的方塊圖，IMOD包 含吸收器層、光學諧振腔及反射器。 圖3C示意性地說明IMOD，其中光學腔包括藉由吸收器 層與反射器層之間的柱樁或支柱而形成之氣隙。 圖3D展示IMOD之全反射對比波長，IMOD具有經組態 * 以反射正入射光及反射光之黃色的光學腔。 - 圖3E說明處於"打開"狀態之MEMS IMOD，其中光學諧 振腔可經機電地調整。 〇 圖3F說明圖3E之MEMS IMOD，其中IMOD被展示為處 於''關閉"狀態。 圖4A示意性地說明包含p-n接面之光電電池。 圖4B為示意性地說明包含沈積薄膜光電活性材料之光電 池的方塊圖。 圖4C為示意性地說明包含干涉增強型光電堆疊之光電電 池的方塊圖。 圖4D及圖4E分別為描繪在前側上具有可見反射電極之 例示性太陽光電元件的示意性平面圖及等角剖視圖。 圖5示意性地說明併有干涉堆疊之彩色光電（PV)元件的 ' 實施例。 . 圖6A說明具有前側干涉堆疊之實施例的彩色PV元件， 前側干涉堆疊呈包含吸收器-腔-反射器堆疊之IMOD的形 式。 圖6B說明彩色PV元件之實施例，彩色PV元件具有僅具 有吸收器-腔堆疊之前側IMOD。 135088.doc -51 - 200931674 圖6C說明具有前側干涉堆Φ之實施例的彩色PV元件， 月’J側干涉堆疊呈二向色對堆疊之形式。 圖6D說明彩色Pv元件之實施例，彩色pv元件具有包含 吸收器腔反射器堆疊之前側IM〇D，其中光㈣振腔包 含氣隙》 圖6E示意性地說明具有前側干涉堆疊之彩色PV元件的 實施例，前側干涉堆疊在IMOD上具有額外層。 Ο

圖7示意性地說明彩色Pv元件之實施例，彩色pv元件在 前側及背側兩者上具有干涉堆疊。 圖8A至圖8D說明經圖案化干涉堆疊之實施例，干涉堆 疊在不同區域中顯示不同色彩以將影像形成於包含彩色 元件之靜態顯示器上。 圖9A至圖9C說明藉由層壓而將干涉堆疊與彩色元 件、陣列或太陽面板整合之方法的實施例。 【主要元件符號說明】 8B 101 102 103 104 105 106 107 200 135088.doc 截面 上部介面 下部介面 光射線 光路徑/射線 光路徑/光射線 光路徑 射線 光學諧振腔 -52- 200931674 210 介面 211 介面 212 射線 213 射線/反射射線 214 射線 ' 215 射線/反射射線 216 射線 217 ' 厚度 ❹ 218 四分之一波長 220 干涉堆疊 221a 二向色薄膜對 221b 二向色薄膜對 221c 二向色薄膜對 222 射線 223a 反射射線 223b 反射射線 223c 反射射線 223d 反射射線 • 223e 反射射線 . 224a 介面 224b 介面 224c 介面 224d 介面 224e 介面 135088.doc -53- 200931674 231 232 233 234 240 241 242 243 ❹ 244 300 301 302 302a 302b 302c 303 304 305 306 . 311 320 330 340 350 135088.doc 峰值 峰值波長 半峰值頻寬 反射比 干涉堆疊 光學薄膜 二向色對堆疊 二向色對堆疊 入射射線 干涉調變器（IMOD) 吸收器層 光學諧振腔 光學諧振腔 光學諧振腔 光學諧振腔 部分反射器 光射線 路徑 路徑 間隔物/支撐件 基板 光學薄膜堆疊 間隙 峰值 -54- 200931674 351 峰值波長 353 反射比 354 峰值或最大反射比 352 半峰值頻寬 400 光電（PV)電池 ' 401 PV活性區域 - 401a η型半導體材料 401b Ρ型半導體材料 ❹ 401c 内在矽層 402 電極 403 電極 404 抗反射（AR)塗層 405 外部電路 406 電燈泡 410 典型薄膜PV電池 411 玻璃基板 412 第一電極層 413 第二電極層 420 干涉增強型PV電池 . 421 基板 422 光學諧振腔 423 反射器 424 透明導電氧化物（TCO)層 430 PV元件 135088.doc - 55 - 200931674 431 前部電極 432 前部電極 433 背部電極 434 窗 500 PV元件 ' 501 干涉堆疊 • 501a 干涉堆疊 501b 干涉堆疊 ❹ 502 光射線 502a 光譜分布 503 射線 503a 光譜分布 504 射線 505 射線 600 PV元件 601 上覆層 620 PV元件 621 二向色對堆疊 621a 二向色對 . 621b 二向色對 621c 二向色對 630 彩色PV元件 631a 南度 631b 1¾度 135088.doc -56- 200931674 640 PV元件 641 額外層 701 平坦化層 702 入射光 703 入射光 704 射線 * 705 射線 706 射線 ❹ 800 靜態顯示器 801a 區域 801b 區域 801c 區域 801d 區域 801e 區域 801f 區域 8〇lg 區域 811 光射線 812 光射線 - 813 射線 * 814 射線 815 射線 816 射線 817a 光學諧振腔高度 817b 光學諧振腔高度 135088.doc -57- 200931674 ❹ 820 822a 822b 822c 823a 823b 823c 900 910 911 912 913 914 920 930 935 940 942 944 946 948 PV顯示元件 光射線 反射射線 射線 光射線 反射射線 射線 彩色PV元件 透明基板 PV元件或電池 黏接層 層壓件 額外薄膜 彩色PV元件 彩色PV元件 前薄片或蓋板 背薄片或背板 上部介面 下部介面 上部（内）介面 下部（外）介面 PI、P2、P3、P4、 像素 P5 、 P6 、 P7 、 P8 、 P9 、 P10 、 Pll 、 P12 、 P13 、 P14 、 P15 135088.doc -58-

Claims (1)

1. 200931674 十、申請專利範圍： ι_ —種光電元件，其包含： 一光電活性材料；及 干涉堆疊，其覆蓋該光電活性材料之一第一側，其 中該干涉堆疊經組態以選擇性地增強一可見波長範圍内 之選擇波長的反射，以將一可見色彩反射於該第一側 • 上。 2.如凊求項丨之元件，其中該光電活性材料包含位於該元 © 件之一前側上的前部電極區域，及位於該元件之該前側 上鄰近於該等前部電極區域的窗區域。 3·如凊求項2之元件，其中在該等窗區域之前部被反射出 該干涉堆疊之可見光的反射率相對於可見入射光係大於 10% 〇 4.如請求項2之元件，其中在該等窗區域之前部被反射出 该干涉堆疊之可見光的反射率相對於可見入射光係大於 15% 〇 5 ·如明求項〗之元件，其中在一峰值波長下之一反射比係 在20%與95%之間。 6·如凊求項1之元件，其中在一峰值波長下之一反射比係 大於80%。 7.如請求項1之元件，其中該第一側為該光電元件之一光 入射側，且其中該干涉堆疊經組態以使光選擇性地透射 穿過而至該光電材料，使得該選擇性地透射之光被轉化 為電流。 135088.doc 200931674 8. 如請求項1之元件，進_牛 琨步包含—位於該干涉堆疊之一 光入射側上的額外薄臈。 9. 如請求項8之元件，其中該額外薄膜包含一鈍化或抗反 射層。 10. 11. ❹ 12. 如月求項1之70件’其中被反射出該干涉堆疊之該色彩 跨越該光電元件係大體上均一的。 如請求項1之元件’其中該光電電池包含一選自由以下 各項組成之群的光電材料：單晶石夕、非晶石夕、錯、m_v 族半導體、袖化銅銦鎵、碲化鑛、钟化鎵、氮化姻、氣 化鎵砷化硼、氮化銦鎵，及串聯多接面光電材料。 如凊求項1之元件’其中該光電電池包含一干涉增強型 光電電池。 13·如凊求項1之元件，其中該干涉堆疊包含一二向色光學 薄膜對。 14. 如請求項13之元件，其中該干涉堆疊包含複數個二向色 光學溥棋對。 15. 如和求項14之元件，其中該複數個二向色對包含某一數 目之一向色對’其對於跨越該元件之不同區域係不同 的，每—區域具有一對應於一不同反射色彩之不同二向 色對數目。 16·如請求項14之元件，其中包含該等二向色對之光學薄膜 的厚度對於跨越該元件之不同區域係不同的，每一區域 具有一對應於一不同反射色彩之不同光學薄膜厚度。 17.如請求項14之元件，其中一包含包含該等二向色對之光 135088.doc 200931674 學薄骐的材料對於跨越該元件之不同區域係不同的，每 一區域具有一對應於一不同反射色彩之不同光學薄膜材 料。 18·如請求項丨之元件，其中該干涉堆疊包含一吸收器及一 光學諧振腔，其中該光學諧振腔面對該光電活性材料。 19·如請求項18之元件，其中該干涉堆疊進一步包含一部分 反射器，使得該光學諧振腔位於該吸收器與該反射器之 間。 © 2〇,如請求項19之元件，其中該光學諧振腔包含一具有一高 度之氣隙，該高度係藉由將該吸收器與該部分反射器分 離之支撑件而形成。 21. 如凊求項2〇之元件’其中該干涉堆疊包含一活性微機電 系統（MEMS)元件’其具有一可電磁地改變該光學諧振 腔之大小的反射器。 22. 如請求項18之元件，其中該光學諧振腔包含一介電質。 β 23.如請求項18之元件’其中該光學諧振腔包含一導體。 24. 如請求項丨8之元件，其中該光學諧振腔包含一光學薄 膜。 25. 如請求項24之元件，其中該光學薄膜具有一在約1與3之 - 間的折射率（η)。 26. 如請求項25之元件，其中該光學薄膜之厚度係在約42/η nm與 7〇〇/nnm之間。 27. 如請求項24之元件，其中該光學諧振腔之一高度跨越該 元件係不均一。 135088.doc 200931674 28. 如請求項24之元件，其中該光學諧振腔高度經圖案化使 得該干涉堆疊包含兩個或兩個以上區域，每一區域具有 一對應於一不同反射色彩之不同光學諧振腔高度。 29. 如請求項28之元件，其中該圖案包含一規則像素陣列。 30. 如叫求項29之元件，其中該像素陣列包含複數個紅色像 素、複數個綠色像素及複數個藍色像素。 - 31. —種具有一前側及一背侧之光電元件該元件包含： 一光電活性層；及 〇 一干涉調變器，其經組態以干涉地調諧反射，該干涉 調變器包含： 一或多個光學透明層，其將一光學諧振腔形成於該 光電活性層上；及 —吸收器層，其位於該光學諧振腔上。 32_如π求項31之元件，其中該干涉調變器延伸於該光電活 性層之接收光之一部分上。 ❹ 33.如凊求項3〗之元件，其中該干涉調變器經組態以選擇性 地增強來自入射寬頻帶可見光之選擇可見波長的反射， 以反射一色彩。 34.如明求項33之元件，其中該干涉調變器定位於該光電活 性層之該前側上。 35’如請求項34之元件，其中該干涉調變器經組態以使光選 擇性地透射穿過而至該光電活性層，用於轉化為電流。 36.如凊求項33之元件，其中該干涉調變器定位於該光電活 性層之該背側上。 135088.doc 200931674 37. —種光電元件，該元件包含： 一光電活性層；及 -二向色堆疊，其經組態以干涉地調諧光反射及透 射’該二向色堆疊包含一或多個介電薄膜對其中該一 或多個對中之每一^ ^ — B ^ ^ ^考包3具有一第一折射率之薄膜， 該薄臈位於另一具有一更低折射率之薄膜上。 .38.如請求項37之㈣，其中該二向色堆疊延伸於該光電活 性層之接收光以用於轉化為電流之一部分上。 © 39.如明求項37之元件，其中該二向色堆疊經組態以選擇性 地反射一可見波長範圍，以顯示一色彩。 40. 如叫求項39之元件，其中該二向色堆疊定位於該光電活 性層之一前側上。 41. 如請求項40之元件，其中該二向色堆疊經組態以使一可 見波長範圍選擇性地透射穿過而至該光電活性層。 42. 如請求項39之元件，其中該二向色堆疊定位於該光電活 性層之一背側上。 ❹ 43. 如凊求項37之元件’其中該二向色堆疊定位於該光電活 性層之一背側上。 44. 一種製造一彩色光電元件之方法，該方法包含： 提供一光電材料，該光電材料具有：一前側，光入射 於該前侧上；及一背側；及 將一干涉堆疊形成於該光電材料上，該干涉堆疊經組 態以干涉地增強一特定色彩之可見光反射。 45. 如請求項44之方法，其中形成該干涉堆疊包含： 135088.doc 200931674 將一光學諧振腔形成於該光電材料上；及 將一光吸收材料層形成至該光學諧振腔上。 46. 如請求項45之方法，進一步包含形成一部分反射且部分 透射材料層，其中形成一光學諧振腔包含將該光學諧振 腔形成至該部分反射且部分透射材料層上。 47. 如請求項46之方法，其中該光吸收材料層位於該光學諧 ' 振腔之前部，且該光學諧振腔位於該部分反射且部分透 射材料之前部。 ^ 48.如請求項45之方法，其中將該干涉堆疊形成於該光電材 料上包含將該干涉堆疊形成至該光電材料之該前側上。 49. 如請求項45之方法，其中將該干涉堆疊形成於該光電材 料上包含將該干涉堆疊形成於一位於該光電材料之該背 側上之背部電極的背部上。 50. 如請求項45之方法，其中將該干涉堆疊形成於該光電材 料上進一步包含將該干涉堆疊形成至一透明基板上。 ❹ 51，如請求項50之方法，進一步包含將該透明基板層壓於該 光電材料之該前側上。 52·如請求項50之方法，進一步包含將該透明基板層壓於該 ' 光電材料之該背側上。 - 53.如請求項45之方法，其中形成該光學諧振腔包含將不同 厚度之一或多個光學透明層形成於該光電元件之不同區 域上，每一不同厚度對應於一反射自該干涉堆疊之不同 干涉增強型可見色彩。 54.如請求項44之方法，其中报士、分工，本* a人μ 丹甲$成該干涉堆昼包含將一經組 135088.doc 200931674 態以干涉地增強一特定色彩之反射的二向色堆疊形成於 該光電材料上。 55. 56. ❹ 57. 58. 59. e 60. 61. 62. 如請求項54之方法，其中將該二向色堆疊形成於該光電 材料上包含將該二向色堆疊形成於該光電材料之該前側 上。 如清求項54之方法’其中將該二向色堆疊形成於該光電 材料上進一步包含將該二向色堆疊形成至一透明基板 上。 如清求項56之方法’進一步包含將該透明基板層壓至該 光電材料之該前側或該背侧上。 如咕求項54之方法’其中形成該二向色堆疊包含將不同 厚度之光學薄膜形成於該光電元件之不同區域上，每一 不同厚度對應於一反射自該干涉堆疊之不同干涉增強型 可見色彩。 一種光電元件，其包含： 用於自入射光產生一電流之構件；及 用於干涉地增強來自該光電元件之一第一側之一特定 色彩之反射可見光的構件。 如《月求項59之元件’其中該用於產生該電流之構件包含 一半導體光電活性材料。 如明求項59之tl件’其中該用於干涉地增強反射光之構 件匕含薄膜堆叠，該薄膜堆疊包括位於該光電元件之 一光入射侧上之一光學諧振腔及一吸收器。 如請求項6 1之元件，笪Λ 其中該用於干涉地反射光之構件進 135088.doc 200931674 一步包含—位於該光學諧振腔與該用於自入射光產生一 電流之揭：件$ P 63 s之間的部分反射器。 63.如凊衣項59之元 含一堆疊，該堆，其中該用於干涉地反射光之構件包 每一對之—第Λ〜蹙包括複數個二向色光學薄犋對，其中 薄膜的折射率。光學薄膜的折射率高於每-對之-第二

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