TWI430465B - 利用高縱橫比之奈米結構以增強效率的太陽電池裝置 - Google Patents

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Description

利用高縱橫比之奈米結構以增強效率的太陽電池裝置
本發明有關在太陽電池中使用奈米科技，尤其有關使用奈米結構以增強太陽電池裝置的光吸收及效率。
太陽電池裝置，諸如光電池，是一種重要的能源，截至目前為止並未充分用於普遍的能量產生。光電池藉由將來自光源的光子轉換成電力(如，藉由釋放電子-電洞對)以產生電能。但習用的光電池通常提供僅約百分之25的光電轉換效率。對於大多數的應用而言，如此低的轉換效率使得人們不願意選擇習用的光電池。
已嘗試利用奈米科技，在裝置的活性層中加入奈米線、奈米結晶等，以增加太陽電池裝置的能量轉換效率。請見，例如，Yang等人申請的美國專利申請案第2005/0009224號，標題「奈米線陣列及奈米線太陽能電池及其形成方法(Nanowire Array and Nanowire Solar Cells and Methods for Forming the Same)」(其中在光電裝置中結合電荷傳輸介質一起使用奈米線氧化物)；Scher等人申請的美國專利申請案第2005/0214967號，標題「奈米結構及基於奈米複合材料的組成物及太陽電池裝置(Nanostructure and Nanocomposite Based Compositions and Photovoltaic Devices)」(其中在沿著電極平面水平定向的太陽電池裝置中使用奈米結構，諸如內核-外殼奈米結晶)；及Kayes等人的「平面及徑向p-n接面奈米棒太陽能電池之裝置物理學原理的比較(Comparison of the Device Physics Principles of Planar and Radial p-n Junction Nanorod Solar Cells)」，97 J. APPL. PHYS. 114302(2005年)(其中說明徑向p-n接面奈米棒太陽能電池)。
但是，要讓太陽電池變成可以實行且實用的能源，仍然需要提升效率。
本發明提供太陽電池裝置及增強其光電轉換效率的方法。在本發明之一方面，提供一種太陽電池裝置。太陽電池裝置包含：具有第一光活性層及第二光活性層的光電池，第二光活性層鄰接第一光活性層以在第一光活性層及第二光活性層之間形成異質接面；及在第二光活性層之一或多個表面上的複數個高縱橫比奈米結構。該複數個高縱橫比奈米結構被組態成用作入射光的散射介質。該複數個高縱橫比奈米結構亦可被組態成在入射光中建立光學共振效應。該第一光活性層可摻雜有一n型摻雜物或一p型摻雜物其中之一者，及該第二光活性層可摻雜有該n型摻雜物或該p型摻雜物之另一者，致使在該第一光活性層及該第二光活性層之間形成一p-n接面。
在本發明的另一方面，提供一種製造太陽電池裝置的方法。該方法包含以下步驟。提供一第一光活性層。在該第一光活性層之上形成一第二光活性層，以在該第一光活性層及該第二光活性層之間形成一異質接面。在該第二光活性層的一或多個表面上形成複數個高縱橫比奈米結構。該複數個高縱橫比奈米結構被組態成用作入射光的散射介質。
參考以下詳細說明及圖式，將能夠更徹底地瞭解本發明、以及本發明的其他特色及優點。
圖1A-D為圖解製造包含光電池具有與其相關聯之高縱橫比奈米結構(即，奈米線)之太陽電池裝置之示範性方法的橫截面圖。根據如以下詳細說明的本方法，高縱橫比奈米結構用以增強本發明之太陽電池裝置的光吸收及藉此增加其光電轉換效率。
如圖1A所示，提供第一光活性層102。本文用語「光活性層」是指包含能夠吸收光能量及利用此能量產生電荷載子(電子-電洞對)之材料的任何裝置層。光活性層102可以包含半導體材料(諸如矽(Si)、鍺(Ge)、III-V族元素化合物及有機材料其中的一或多個)及/或含硫族晶體結構之光活性材料(諸如銅銦硒化鎵(CIGS)材料)，及具有厚度在約20微米(μm)及約1,000μm之間。根據一示範性具體實施例，光活性層102包含摻雜有n型或p型摻雜物的塊材Si(如，非晶Si或多晶矽(poly-Si))晶圓。合適的n型摻雜物包括但不限於磷(P)。合適的p型摻雜物包括但不限於硼(B)。
接著，在光活性層102之上形成(即，沈積或生長)第二光活性層104。光活性層104用作裝置的電荷收集層。光活性層104可以包含半導體材料(諸如Si、Ge、III-V族元素化合物及有機材料中的一或多個)、含硫族晶體結構之光活性材料(諸如CIGS材料)、硫化鎘(CdS)及/或氧化鋅(ZnO)。根據一示範性具體實施例，光活性層104包含Si(非晶Si或poly-Si)且利用化學汽相沈積(CVD)方法形成(即，生長)於光活性層102之上，厚度在約20埃()(即，2 x 10-3 μm)及約150μm之間。
一般而言，本文所提出的每一太陽電池裝置組態包含形成於鄰接層之間、因材料類型差異(如，Schottky接面，見以下說明)及/或摻雜類型差異(如，p-n接面)所造成的異質接面。例如，可形成光活性層104具有與光活性層102相反的極性，以形成p-n接面。即，如果光活性層102包含n型半導體，則光活性層104可由p型半導體形成，以在光活性層102及104之間形成p-n接面。相反地，如果光活性層102包含p型半導體，則光活性層104可由n型半導體形成，以在光活性層102及104之間形成p-n接面。僅為舉例說明，在利用諸如膦(PH3 )(n型摻雜物前驅物)或二硼烷(B2 H6 )(p型摻雜物前驅物)之摻雜物前驅物對光活性層104進行CVD生長期間，可引入n型或p型摻雜物。或者，可使用摻雜物來源的高溫擴散，將n型或p型摻雜物引入光活性層104。如此，形成具有p-n接面(即，在光活性層102及光活性層104之間)的光電池，用以分開在每一光活性層102及光活性層104中的光生電荷載子(電子-電洞對)。
圖1A所示的光電池組態只是示範性，及可根據本教示採用任何其他合適的光電池組態。即，可以採用其中接面配置可將所產生的電子-電洞對分開以提供有用電流的任何光電池組態。例如，光電池可以包含薄膜半導體光電池。示範性薄膜半導體光電池如圖2所示(說明如下)。光電池亦可包含Schottky接面。示範性Schottky接面式光電池如圖3所示(說明如下)。光電池可另外包含由結合光活性層及非光活性層所形成的p-n接面。具有光活性層及非光活性層的示範性光電池如圖4所示(說明如下)。
接著，在光電池的一或多個表面上形成諸如奈米線、微柱及/或奈米管的高縱橫比奈米結構。本文用語「高縱橫比奈米結構」一般是指具有直徑在約5奈米(nm)及約200nm之間及長度在約0.1μm及約100μm之間(如，在約3μm及約30μm之間)的任何棒狀結構。
高縱橫比奈米結構增強光電池的光吸收，及藉此增加太陽電池裝置的光電轉換效率。即，可採用具有上述尺寸的高縱橫比奈米結構且其在鄰接奈米結構之間的間隔在約100nm及約3μm之間。在約100nm及約3μm之間的此間隔與可見入射光波長(通常在約0.4μm及約1μm之間)相當或為其數倍。如此，高縱橫比奈米結構可用作入射光的良好散射介質。入射光因此變得局限在光電池具有高縱橫比奈米結構的這些表面上，藉此增強光電池的光吸收。
高縱橫比奈米結構亦可藉由用作入射光的「天線(antennae)」而增強光吸收。即，高縱橫比奈米結構可建立入射光的光學共振效應，以在入射光及高縱橫比奈米結構的電磁場之間提供更有效的耦合。因此，高縱橫比奈米結構主要形成於光電池的光吸收表面上。
圖1B-C圖解在光電池的頂部光吸收表面(即，光活性層104)上形成Si奈米線。根據本發明教示，可使用適合在上述任何光電池組態上形成高縱橫比奈米結構的這些方法以及任何其他方法，諸如蝕刻。關於微柱及其形成方法的說明，請見例如Guha等人的「氮化鎵之選擇性區域有機金屬分子束磊晶及發光微柱在矽/二氧化矽上的生長(Selective area metalorganic molecular-beam epitaxy of GaN and the growth of luminescent microcolumns on Si/SiO2 )"」Appl. Phys. Lett. 75,463(2007年)，其內容在此以引用方式併入。
如圖1B所示，將觸媒層106沈積於光活性層104與光活性層102相對的側面之上。根據一示範性具體實施例，觸媒層106包含金(Au)且藉由蒸發(evaporation)沈積在光活性層104之上達約30的厚度。在沈積觸媒層後，接著將光電池置入CVD系統，及如圖1C所示，利用如汽液固(VLS)-CVD方法，生長Si奈米線。關於奈米線形成的詳細說明，請見，例如，美國申請案序號11/494,195，標題「在太陽電池中使用奈米科技的方法(Techniques for Use of Nanotechnology in Photovoltaics)」，2006年7月27日申請，其內容在此以引用方式併入。儘管說明Si奈米線的形成，但應明白，高縱橫比奈米結構可包含任何可用作光之散射體及/或吸收體的材料，諸如半導體材料(如，Si、Ge或矽-鍺(SiGe))、介電材料及金屬其中的一或多個。
視情況，可在奈米線生長期間引入n型及/或p型摻雜劑，因而形成n型及/或p型摻雜奈米線。合適的摻雜劑包括但不限於：B2 H6 及PH3 。僅為舉例說明，如果將光電池暴露於矽烷(SiN4 )及B2 H6 、硼-摻雜(B-摻雜)的環境中，將造成p型Si奈米線生長。同樣地，如果將光電池暴露於SiH4 及PH3 、磷-摻雜(P-摻雜)的環境中，將造成n型Si奈米線生長。
此外，可在一或多個奈米線周圍形成外殼層。採用此組態時，外殼層較佳是具有與奈米線不同的極性及/或不同的摻雜物濃度。例如，結合下文圖5的說明，詳細說明外殼層的形成。
如圖1C所示，複數個奈米線108，在此統稱為「奈米線叢(forest)」，係形成於光活性層104的頂面。圖1C所示之奈米線108的組態代表非隨機布局圖案，其中奈米線彼此平均間隔及在特定方向(在此例中，垂直於光活性層104)中對齊。或者，亦可採用隨機布局圖案(未顯示)，其中奈米線彼此間隔不同及從光活性層104的表面以各種不同角度突出。
可如利用電子束微影，藉由圖案化觸媒層(見圖1B)以在VLS-CVD生長之前形成島陣列，獲得非隨機布局圖案(亦稱為「整齊配置」)。在VLS-CVD生長之前，以攝氏約500度(℃)的溫度使觸媒層退火，可獲得隨機布局圖案。
由於高縱橫比奈米結構的存在，光活性層102及104吸收的入射光量比不含高縱橫比奈米結構的類似裝置增加。例如，請見圖9(說明如下)。此增強效率允許在目前的光電池中使用更薄的光活性層。減少光活性層的厚度可以提高較短波長光的吸收。
如圖1D所示，透明電極110係形成於奈米線叢之上，即，覆蓋奈米線叢。根據一示範性具體實施例，透明電極110包含氧化銦鍚(ITO)及利用濺鍍沈積方法而沈積在奈米線叢之上。透明電極110當作光電池的電接觸。但亦可採用其他的電接觸組態。僅為舉例說明，取代利用在整個奈米線叢之上的電極，可在光活性層上形成一或多個較小電極，以由奈米線叢所圍繞。例如，此組態如圖6所示(說明如下)。
圖2為圖解示範性太陽電池裝置200的圖式，其包含薄膜半導體光電池202及與其相關聯的高縱橫比奈米結構，即，奈米線204。即，薄膜半導體光電池202包含：任意基板206、鄰接基板206的第一光活性層208及鄰接光活性層208與基板206相對之側的第二光活性層210。根據一示範性具體實施例，基板206包含玻璃、金屬及/或塑膠基板，光活性層208包含半導體材料(諸如Si、Ge、III-V族元素化合物及有機材料中的一或多個)及/或具有硫族晶體結構的光活性材料(諸如CIGS材料)，及光活性層210包含半導體材料(諸如Si、Ge、III-V族元素化合物、有機材料中的一或多個)、具有硫族晶體結構的光活性材料(諸如CIGS材料)、CdS及/或ZnO。每一光活性層208及210可具有厚度在約1nm及約100nm之間。奈米線204集體在光活性層210之上形成奈米線叢。
圖3為圖解示範性太陽電池裝置300的圖式，其包含Schottky接面式光電池302及與其相關聯的高縱橫比奈米結構，即，奈米線304。即，光電池302包含光活性層306及鄰接光活性層306的金屬層308(即，金屬層308在光活性層306的至少一部分之上)，以在光活性層306及金屬層308之間形成Schottky接面。奈米線304集體在光活性層306之上形成奈米線叢。金屬層308可沈積在光活性層306之上以覆蓋一些奈米線。光活性層306可以包含半導體材料(諸如Si、Ge、III-V族元素化合物及有機材料中的一或多個)及/或含硫族晶體結構之光活性材料(諸如CIGS材料)。根據一示範性具體實施例，光活性層306包含n型半導體(如，摻雜有n型摻雜物的Si)，及金屬層308包含鎳(Ni)、鈀(Pd)及Au中的一或多個且利用蒸發方法沈積在光活性層306之上，厚度在約10nm及約150nm之間。
在操作期間，奈米線304協助擷取及吸收入射光(箭頭310)及產生電荷載子(電子-電洞對)，即，電子312及電洞314，可分別將電子及電洞傳送至電引線316及318。另外注意，如果圍繞這些奈米線的金屬層薄到足以傳送光，金屬層下的奈米線亦可用以擷取及吸收入射光。
圖4為圖解示範性太陽電池裝置400的圖式，其包含光電池402及與其相關聯的高縱橫比奈米結構，即，奈米線404。光電池402由結合光活性層及非光活性層所形成。即，存在鄰接非光活性層408的光活性層406。根據一示範性具體實施例，光活性層406具有與非光活性層408相反的極性。即，如果光活性層406摻雜有n型摻雜物，則非光活性層408摻雜有p型摻雜物。同樣地，如果光活性層406摻雜有p型摻雜物，則非光活性層408摻雜有n型摻雜物。因此，在光活性層406及非光活性層408之間形成p-n接面。奈米線404在光活性層406之上集體形成奈米線叢並用以散射入射光。入射光由奈米線404及光活性層406二者吸收。因此，產生電子-電洞對及電荷載子被傳送至p-n接面。
或者，非光活性層408可以包含金屬層，以此方式與光活性層406形成Schottky接面。另外請見圖5(說明如下)。
圖5為圖解示範性太陽電池裝置500的圖式，其包含光電池502及與其相關聯的高縱橫比奈米結構，即，奈米線505。即，太陽電池裝置500包含基板504、鄰接基板504的金屬層506及鄰接金屬層506與基板504相對之一側的光活性層508。根據一示範性具體實施例，基板504包含玻璃、金屬及/或塑膠基板。金屬層506與光活性層508形成Schottky接面。
光活性層508，如，半導體的保形層，在奈米線生長製程期間形成及可具有厚度在約1nm及約100nm之間。以此方式，奈米線505與光活性層508一起為連續。外殼層510出現在奈米線505/光活性層508之上。外殼層510較佳是具有與奈米線505不同的極性及/或不同的摻雜濃度。例如，p型摻雜外殼層可結合n型摻雜奈米線一起使用，反之亦然。根據此組態，外殼層在其周圍形成的高縱橫比奈米結構稱為「奈米結構內核(core)」。
外殼層可用類似於高縱橫比奈米結構的方式形成。即，在形成奈米結構內核後，即生長圍繞每一內核包圍的保形層。此保形「外殼」層以添加與內核不同極性及/或濃度的摻雜物來生長。以此方式，建立與內核不同的外殼層。如下文結合圖7的描述所說明，採用本文所述奈米結構內核/外殼組態比僅僅使用高縱橫比奈米結構可進一步增強光電池的光吸收。
透明電極512出現在奈米線/外殼層之上。根據一示範性具體實施例，透明電極512包含ITO及/或摻雜的ZnO。填料(filler material)514可出現在透明電極及奈米線/外殼層之間的空間。
在太陽電池裝置500的操作期間，奈米線/外殼層用以散射入射光。入射光可由奈米線/外殼層及光活性層508二者吸收。因此，產生電子-電洞對及電荷載子被傳送至Schottky接面。
圖6為圖解示範性太陽電池裝置600的圖式，其包含光電池602及與其相關聯的高縱橫比奈米結構，即，奈米線604。即，光電池602包含第一光活性層606及鄰接光活性層606的第二光活性層608。根據一示範性具體實施例，光活性層606包含半導體材料(諸如Si、Ge、III-V族元素化合物及有機材料中的一或多個)及/或具有硫族晶體結構的光活性材料(諸如CIGS材料)，及光活性層608包含半導體材料(諸如Si、Ge、III-V族元素化合物、有機材料中的一或多個)、具有硫族晶體結構的光活性材料(諸如CIGS材料)、CdS及/或ZnO。奈米線604集體在光活性層608之上形成奈米線叢。電極610出現在光活性層608上，以為奈米線叢所圍繞。即，與例如結合上文圖1D之描述所說明的電極110相比，電極610僅覆蓋一些奈米線，使得其餘奈米線叢圍繞電極610。根據一項具體實施例，電極610包含ITO且為透明。多個電極610可出現在光活性層608上及為奈米線叢所圍繞。
圖7為圖解具有高縱橫比奈米結構(即，奈米線，具有n-摻雜內核及p-摻雜外殼)之Schottky接面式光電池之增強效能的曲線圖700。即，曲線圖700針對具有n-摻雜奈米線的Schottky接面式光電池(標示為「n-NW」)、具有n-摻雜內核及p-摻雜外殼之奈米線的Schottky接面式光電池(標示為「n-NW+p-外殼」)及不含奈米線的Schottky接面式光電池(標示為「控制組(無NW)」)，圖解接觸直徑d(測量單位μm)對照短路光電流ISC (測量單位微安培(μA))。照度Iin 為每平方公分80毫瓦特(mW/cm2 )(即，約0.8suns)。如此，在曲線圖700中呈現的資料清楚證明光電流因奈米線的存在而增強，尤其因具有n-摻雜內核及p-摻雜外殼之奈米線的存在而增強。
範例
本方法另外藉由參考以下非限制範例來說明：Schottky接面式奈米線光電池：利用Au的熱蒸發，以三毫米(mm)厚的Au層塗布n-摻雜Si基板。接著，將晶圓置入CVD室，及在氫(H2 )氣流每分鐘200標準立方公分(sccm)下，加熱至550℃。因此，Au在Si基板的表面上形成小島，以在當作摻雜前驅物(即，稍後在奈米線生長期間將轉變成摻雜物)之50sccm之PH3 的存在下，將50sccm的SiH4 氣流引入CVD室時，使Si奈米線優先成核。然後，利用VLS-CVD生長奈米線。在奈米線生長後，利用基於碘的蝕刻劑類型TFA(製造公司：Transene Company,Danvers,MA)，移除任何剩餘的Au。接著利用緩衝氧化物蝕刻(BOE)，移除原生二氧化矽(SiO2 )層(生長製程中通常因暴露在大氣下的自然氧化而形成的無用副產品)。接著，利用蒸發來沈積130nm厚的Ni層，在奈米線覆蓋的基板上，製造直徑d在約50μm及約400μm之間的圓形接觸。所得結構的掃描電子顯微照相(SEM)影像如圖8所示。
圖8為具有與其相關聯之高縱橫比奈米結構(即，奈米線802)的Schottky接面式光電池的SEM影像800。如從影像800所見，奈米線802出現在基板804的表面上並為Ni接觸806(可見於影像的右半邊)所覆蓋。
亦使用控制樣本(即，Schottky接面式光電池)，其連同奈米線樣本置入CVD室，但控制樣本並沒有Au成核層。因此，沒有奈米線生長在控制樣本上。以完全相同的方式將Ni接觸沈積在控制樣本上。控制樣本的影像如圖9所示。
圖9為Schottky接面式光電池的SEM影像900。Schottky接面式光電池包含在n-摻雜Si基板904之上的Ni接觸902。如從影像900所見，由於沒有Au成核層，因此沒有奈米線在此控制樣本中生長。
針對結合上文圖8及9之描述所分別說明的兩種Schottky接面式光電池，即，一個有奈米線及一個沒有奈米線，測量其太陽電池效能，然後對於具有與其相關聯之奈米線的光電池，觀察到光電流的明顯增強。所觀察到的光電流結合了因電極下電子-電洞產生所測量的電流，以及因在Ni接觸周圍及在擷取橫截面(即，可有效收集光生載子的區域)內之區域中的電子-電洞產生所測量的電流。此擷取橫截面的尺寸通常約為少數載子的擴散長度(即，少數載子在因重組而損失前的平均長度)。
圖10為圖解若干不同Schottky接面式光電池組態之接觸直徑d(測量單位μm)對照短路光電流ISC (測量單位μA)的曲線圖1000。即，如曲線圖1000所示，比較以下例子中的ISC ，所有例子均為圖8之Schottky接面式光電池的變體。在第一例子中，在圖8之具有與其相關聯之奈米線的Schottky接面式光電池(說明如上)中測量ISC (標示為「已生長」)。在第二例子中，使用音波處理從光電池移除一些奈米線(標示為「在音波處理之後」)，及再次測量奈米線之一部分現已移除的Schottky接面式光電池。注意ISC 的明顯下降，其證明奈米線對光電流的助益。在第三例子中，利用氫氧化四甲銨(TMAH)在85℃下向下蝕刻n-摻雜Si基板5分鐘，以從光電池移除所有剩餘的奈米線(標示為「在濕蝕刻之後」)。再次測量現在已經受蝕刻的Schottky接面式光電池，且結果顯示ISC 降得更低。Iin 為每平方公尺30瓦(W/m2 )(即，約1sun的1/30)。如此，曲線圖1000中呈現的資料清楚證明光電流因奈米線的存在而增強。
圖11為圖解針對兩個不同Schottky接面式光電池組態在Iin 約30W/m2 下之施加於光電池的電壓Vp (測量單位伏特(V))對照光電池電流Ip (測量單位μA)的曲線圖1100。即，圖11針對圖8具有與其相關聯之奈米線的Schottky接面式光電池樣本(標示為「NW」)及圖9之不含奈米線的Schottky接面式光電池控制樣本(標示為「控制」)(二者說明如上)，顯示光電流的比較。同樣地，在兩個樣本之間觀察到光電流的極大差別。
儘管本文已說明本發明的解說性具體實施例，但應明白，本發明並不限於這些精確的具體實施例，且應明白，只要不脫離本發明之範疇，熟習本技術者可進行各種其他變更及修改。
102、208、606．．．第一光活性層
104、210、608．．．第二光活性層
106．．．觸媒層
108、204、304、404、505、604、802．．．奈米線
110、512．．．透明電極
200、300、400、500、600．．．太陽電池裝置
202．．．薄膜半導體光電池
206、504、804．．．基板
302．．．Schottky接面式光電池
306、406、508、608．．．光活性層
308、506．．．金屬層
312．．．電子
314．．．電洞
316、318．．．電引線
402、502、602．．．光電池
408．．．非光活性層
510．．．外殼層
514．．．填料
610．．．電極
806、902．．．Ni接觸
904．．．n-摻雜Si基板
圖1A-D根據本發明之一具體實施例，為圖解製造包含光電池之太陽電池裝置之示範性方法的橫截面圖，其具有與其相關聯的高縱橫比奈米結構；
圖2根據本發明之一具體實施例，為圖解包含薄膜半導體光電池及與其相關聯之高縱橫比奈米結構之示範性太陽電池裝置的圖式；
圖3根據本發明之一具體實施例，為圖解具有Schottky接面式光電池及與其相關聯之高縱橫比奈米結構之示範性太陽電池裝置的圖式；
圖4根據本發明之一具體實施例，為圖解包含由結合光活性層及非光活性層形成之光電池及與其相關聯之高縱橫比奈米結構之示範性太陽電池裝置的圖式；
圖5根據本發明之一具體實施例，為圖解包含光電池及與其相關聯之內核/外殼高縱橫比奈米結構之示範性太陽電池裝置的圖式；
圖6根據本發明之一具體實施例，為圖解包含光電池具有透明電極為奈米線叢所圍繞之示範性太陽電池裝置的圖式；
圖7根據本發明之一具體實施例，為圖解具有高縱橫比奈米結構(具有n型摻雜內核及p型摻雜外殼層)之Schottky接面式光電池之增強效能的曲線圖；
圖8根據本發明之一具體實施例，為具有與其相關聯之高縱橫比奈米結構之Schottky接面式光電池的掃描電子顯微照相(SEM)影像；
圖9根據本發明之一具體實施例，為不含高縱橫比奈米結構之Schottky接面式光電池的SEM影像；
圖10根據本發明之一具體實施例，為圖解若干不同Schottky接面式光電池組態之接觸直徑對照短路光電流的曲線圖；及
圖11根據本發明之一具體實施例，為圖解含有及不含高縱橫比奈米結構之Schottky接面式光電池之施加於光電池之電壓對照光電池電流的曲線圖。
502．．．光電池
504．．．基板
505．．．奈米線
506．．．金屬層
508．．．光活性層
510．．．外殼層
512．．．透明電極
514．．．填料

Claims (20)

  1. 一種太陽電池裝置，包含：一光電池，具有一第一光活性層及一第二光活性層，該第二光活性層位於該第一光活性層上且與其接觸，以在該第一光活性層及該第二光活性層之間形成一異質接面，且一透明電極位於與該第一光活性層對面的該第二光活性層的一側面上且與其直接接觸；及複數個n型摻雜或p型摻雜的高縱橫比奈米結構，形成在與該第一光活性層對面的該第二光活性層的該側面上且與其直接接觸，其中該複數個高縱橫比奈米結構在鄰接奈米結構之間具有約100奈米及約3微米之間之一間隔，因而被組態成用作入射光的一散射介質，其中每一高縱橫比奈米結構具有在約0.1微米及約數微米之間之一長度，及其中位於該第二光活性層上的該透明電極僅覆蓋該等複數個高縱橫比奈米結構的一些部分而留下未被覆蓋的該等高縱橫比奈米結構的一殘留並且圍繞該透明電極。
  2. 如請求項1之裝置，其中該複數個高縱橫比奈米結構另外被組態成在該入射光中建立一光學共振效應。
  3. 如請求項1之裝置，其中該第一光活性層摻雜有一n型摻雜物或一p型摻雜物其中之一者，及該第二光活性層摻雜有該n型摻雜物或該p型摻雜物之另一者，致使在該第一光活性層及該第二光活性層之間形成一p-n接面。
  4. 如請求項1之裝置，其中該第一光活性層包含矽、鍺、一Ill-V族元素化合物及一有機材料其中的一或多個。
  5. 如請求項1之裝置，其中該第一光活性層包含具有一硫族晶體結構的一光活性材料。
  6. 如請求項5之裝置，其中該第一光活性層包含一銅銦硒化鎵材料。
  7. 如請求項1之裝置，其中該第二光活性層包含一半導體材料、矽、鍺、一III-V族元素化合物、一有機材料、具有一硫族晶體結構之一光活性材料、一銅銦硒化鎵材料、硫化鎘及氧化鋅其中的一或多個。
  8. 如請求項1之裝置，其中該第一光活性層具有在約20微米及約1,000微米之間之厚度，及該第二光活性層具有在約2×10-3 微米及約150微米之間之厚度。
  9. 如請求項1之裝置，更包含一基板鄰接該第一光活性層與該第二光活性層相對的一側，且其中該第一光活性層及該第二光活性層之每一者皆包含位於該基板上的一薄膜，其具有在約1奈米及約100奈米之間之厚度。
  10. 如請求項1之裝置，其中每一高縱橫比奈米結構具有在約5奈米及約200奈米之間之直徑。
  11. 如請求項1之裝置，其中每一高縱橫比奈米結構具有在約3微米及約30微米之間之長度。
  12. 如請求項1之裝置，其中該複數個高縱橫比奈米結構包含奈米線、微柱及奈米管中的一或多個。
  13. 如請求項1之裝置，其中該複數個高縱橫比奈米結構包含一奈米線叢(forest)。
  14. 如請求項1之裝置，另外包含一外殼層覆蓋該複數個高縱橫比奈米結構。
  15. 如請求項14之裝置，其中該外殼層被摻雜且具有與該複數個高縱橫比奈米結構不同的一摻雜濃度。
  16. 如請求項1之裝置，其中每一高縱橫比奈米結構包含一半導體材料、一介電材料及一金屬其中的一或多個。
  17. 如請求項16之裝置，其中該半導體材料包含矽、鍺及矽-鍺其中的一或多個。
  18. 一種製造一太陽電池裝置的方法，包含以下步驟：提供一第一光活性層；形成一第二光活性層在該第一光活性層上且與其接觸，以在該第一光活性層及該第二光活性層之間形成一異質接面； 形成一透明電極位於與該第一光活性層對面的該第二光活性層的一側面上且與其直接接觸；及形成複數個n型摻雜或p型摻雜的高縱橫比奈米結構在與該第一光活性層對面的該第二光活性層的該側面上且與其直接接觸，其中該複數個高縱橫比奈米結構在鄰接奈米結構之間具有約100奈米及約3微米之間之一間隔，因而被組態成用作入射光的一散射介質，其中每一高縱橫比奈米結構具有在約0.1微米及約數微米之間之一長度，及其中位於該第二光活性層上的該透明電極僅覆蓋該等複數個高縱橫比奈米結構的一些部分而留下未被覆蓋的該等高縱橫比奈米結構的一殘留並且圍繞該透明電極。
  19. 如請求項18之方法，另外包含以下步驟：利用一化學汽相沈積方法，在該第一光活性層上生長該第二光活性層。
  20. 如請求項18之方法，其中形成複數個高縱橫比奈米結構的該步驟另外包含以下步驟：沈積一觸媒層在該第二光活性層之上；使用電子束微影將該觸媒層圖案化以形成一陣列島；及利用一汽液固-化學汽相沈積方法，在該第二光活性層上生長該複數個高縱橫比奈米結構，其中將該觸媒層圖案化的該步驟係於生長該複數個高縱橫比奈米結構的該步驟之前實施，以產生位在該第二光活性層上複數個高縱橫比奈米結構的一規則性排列。
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