以全大氣壓印刷工藝形成漸變折射率透鏡以形成光伏面板的製作方法

2023-11-11 03:18:47 2

以全大氣壓印刷工藝形成漸變折射率透鏡以形成光伏面板的製作方法
【專利摘要】一種PV面板使用並聯連接的小矽球體二極體(直徑為10微米到300微米)的陣列。所述球體嵌入未固化含鋁層中，且所述含鋁層經加熱以使所述含鋁層退火以及對所述球體的底部表面進行p摻雜。含磷層沉積於所述球體上方以將頂部表面摻雜為n型，從而形成pn結。接著移除所述磷層。導體經沉積以接觸所述頂部表面。或者，沉積具有p型核心及n型外殼體的所述球體。在沉積之後，蝕刻所述頂部表面以暴露所述核心。第一導體層接觸所述底部表面，且第二導體層接觸所述所暴露核心。液體透鏡材料沉積於所述球體的圓形頂部表面上方且經固化以提供經設計以增加PV面板效率的保形透鏡。
【專利說明】以全大氣壓印刷工藝形成漸變折射率透鏡以形成光伏面板
[0001]相關申請案的交叉參考
[0002]此申請案部分地基於2011年12月19日提出申請的標題為「具有漸變折射率透鏡的光伏面板(Photovoltaic Panel With Graded-1ndex Lens) 」的第 61/577，607 號美國臨時申請案，所述美國臨時申請案受讓於本發明受讓人且以引用的方式併入本文中。
[0003]此申請案還部分地基於2011年12月19日提出申請的標題為「具有直接沉積於矽太陽能電池層上的量子點的光伏面板(Photovoltaic Panel With Quantum Dots DepositedDirectly On Silicon Solar Cell Layer) 」的第61/577, 612號美國臨時申請案，所述美國臨時申請案受讓於本發明受讓人且以引用的方式併入本文中。
【技術領域】
[0004]本發明涉及形成光伏(PV)面板(也稱為太陽能面板或太陽能電池)，且明確地說，涉及用於使用全大氣壓印刷工藝來形成基於矽的PV面板的技術。
【背景技術】
[0005]晶體及多晶矽光伏面板傳統上使用半自動工藝來製作，所述半自動工藝需要昂貴製造裝備、為相對勞動密集型的且需要真空處理工具，例如真空蒸發器及等離子體增強化學氣相(PECVD)沉積室。本文中所描述的發明描述不需要真空工具的連續輥到輥晶體PV製造方法。已使用等離子沉積的非晶矽及槽模塗覆的銅銦鎵硒演示了 PV面板的輥到輥(R2R)製造，但這些過程並 非是真正連續的，例如，使用R2R裝備，但網得經卷取並被輸送到多個處理站。此外，來自這些薄膜面板的所產生電力的每瓦特製造成本一直是資金上無法支撐的。
[0006]在本發明中，PV面板由直徑為10微米到150微米的高效率晶體矽微球體製成，此極大地減小每面板面積的矽消耗。由於光入射表面積與體積比比平面矽大2到3個數量級，因此PV面板非常高效地使用矽。小球體大小還允許微球體在塗覆於網上的油墨系統中分散到緊密堆積的單層中。微球體及其它功能層的高吞吐量低成本塗覆及PN結的形成均全部以連續大氣壓輥到輥工藝實施。
[0007]標題為「製造發光、光伏或其它電子設備及系統的方法(Method of Manufacturinga Light Emitting, Photovoltaic or Other Electronic Apparatus and System) 」 的第US2010/0167441號美國專利申請公開案受讓於本發明受讓人且以引用的方式併入本文中。所述公開案描述用以使用半導體微型二極體陣列來形成發光二極體(LED)薄片及光伏(PV)面板的各種技術。明確地說,PV面板由微球體構成且直徑可為大約20微米到40微米。製造矽球體的幾種方法是已知的且包含在滴落塔中由經熔化矽形成球體、將凝聚於襯底上的矽粒子圖案化且將其熔化以通過表面張力形成球體或使粉末滴落穿過等離子反應器。
[0008]目前為止，球形PV模塊一直受限於用以快速地產生矽球體的幾乎緊密堆積的單層的手段。多年來，微米或納米範圍球體的單層形成一直是跨越若干種不同學科的重要研究領域。來自高固體流體的微米球體的純單層的快速直列形成是困難的且在工業環境中仍是艱巨任務。單層發生於極窄控制範圍內，其中印刷條件的小變化導致稀疏層或層加倍。
[0009]李(Lee)等人的美國專利申請案2011/0117694A1描述用以在單層中而非在緊密堆積的陣列中製作矽微球體二極體的噴墨印刷工藝，且與本文中所描述的塗覆工藝相比，噴墨印刷是相對低吞吐量印刷工藝。此外，PV面板工藝使用真空工具(尤其等離子體增強化學氣相沉積)來形成電極。需要娃微球體的高吞吐量(例如，10ft/min到20ft/min)R2R單層塗覆工藝。
[0010]在低溫(< 640°C )下的球形PV 二極體中的背面場(BSF)形成還需要增加面板效率及在R2R工藝期間維持網的結構完整性。BSF是矽太陽能電池中的富含鋁的區域，其能夠提供太陽能面板中的1%到3%的總電力轉換效率增益。通常，單晶及多晶矽太陽能電池的後面接觸通過將鋁漿絲網印刷於矽晶片的背側上且在800°C到900°C下對其進行燒制以形成歐姆接觸及BSF而形成。第13/587,380號美國專利申請案描述基於鋁的油墨。此油墨用於在移動網上在600°C的峰值溫度下使用快速退火在娃微球體中形成BSF。
[0011]還已知摻雜娃球體以形成二極體的各種方法。通常,輕摻雜P型娃(lOhm-cm到lOOhm-cm)是在外表面上用磷高度摻雜(le-40hm_cm或小於le-40hm_cm)的以形成pn+二極體。第7，214，577號美國專利描述在形成PV面板之前使用磷摻雜劑到Imm到2mm直徑的矽球體中的標準擴散。此為需要用以含有有害氣體的特殊處理室的批次工藝，且稍後必須蝕刻球形二極體以移除η+區域的一部分。本發明中所描述的方法在大氣壓下使用雷射退火來在R2R工藝期間於原位形成PN結。此是第一次使用雷射退火在球形矽上直列地形成PN結，且其移除對在稍後過程中蝕刻二極體的需要。
[0012]二極體的陽極及陰極歐姆連接到所印刷導體以在PV面板中形成並聯連接的二極體陣列。面板可以串聯及並聯的組合連接以實現所要電特性。
[0013]此外，第US2010/0167441號美國專利申請公開案中所描述的面板是使用對於輥到輥印刷工藝不實用的各種工藝而形成。此增加面板成本且降低面板的製造吞吐量。舉例來說，使用具有球體最終駐存於其中的預先形成的溝道的襯底。由於必須將不沉積於溝道中的漿導體及球體從襯底刮去，因此增加形成面板的難度及成本。
[0014]此外，第US2010/0167441號美國專利申請公開案的工藝通常將預先形成的透鏡沉積於二極體陣列上方，其中透鏡的形狀未針對球體進行優化且其中透鏡難以相對於球體而最優地定位。由於矽、透鏡及空氣之間的折射率的大變化，因此存在光的顯著反射。第8，013，238號美國專利將透鏡對準到具有垂直彈性體支座的毫米大小的球形二極體，此需要在方形陣列中將球體間隔開幾毫米，從而顯著降低光伏面板的作用面積。在本申請案中， 申請人:揭示在矽微球體二極體的緊密堆積的陣列上方的具有漸變折射率的經對準透鏡以減小光從矽的反射並允許較高效PV面板。歐洲專利申請案EPl 586 121Β1描述用於球形PV的抗反射塗層，但由於材料沉積方法為真空工藝，因此無法執行連續輥到輥工藝。
[0015]對第US2010/0167441號美國專利申請公開案的工藝的改進面板的性能及簡化處理的其它改進也是合意的。
[0016]需要用以使用輥到輥印刷工藝以相對低成本製作具有抗反射漸變折射率透鏡的高度高效PV面板的全大氣壓技術。

【發明內容】
[0017]在用以使用高效輥到輥製作技術來形成PV面板的全大氣壓工藝的一個實施例中，在輥上提供鋁箔襯底。當金屬襯底解繞穿過印刷機(本文中稱為網)時，將導電粘合層(例如含鋁油墨)塗覆於襯底上，緊接著為將矽球體漿料塗覆於未固化含鋁油墨上。矽球體的直徑可為10微米到300微米且經預先摻雜為η型或P型或者具有固有導電性類型。所述實例中採用輕摻雜P型微球體。將漿料稀疏地塗布(例如通過輥、刀片或氣刀)以形成矽球體的緊密堆積的單層，且將球體嵌入含鋁油墨中。接著，通過直列式爐或其它熱源使含鋁油墨固化(例如，使油墨的溶劑蒸發)及退火(使鋁粒子燒結)。退火致使矽球體與具有鋁油墨的合金的接觸區形成形成背面場或高度經摻雜P+矽且與鋁形成歐姆接觸。此P+層減小球體的背面處的電子-空穴重新組合且因此使效率增加總共I到3個百分點。 [0018]襯底不使用用於將球體對準且含有含鋁層的溝道，此極大地簡化面板的形成且減少浪費。
[0019]將電介質噴塗於球體上方。所述電介質經設計以通過毛細管作用及表面張力用潤溼方法(或芯吸方法)與微球體的頂部分離以在微球體之間形成I微米到15微米厚的塗層，且接著經固化。娃球體的頂部上剩餘的大約150nm或小於150nm的殘餘電介質層對形
成PN結無害。
[0020]將磷酸、磷摻雜的玻璃、磷摻雜的矽納米粒子或含磷矽前驅物噴塗於球體上方並加熱(例如通過雷射器)以使η型摻雜劑擴散到球體的頂部表面中，從而形成二極體。接著從球體的頂部衝掉殘餘磷摻雜劑。
[0021]接著將透明導體(例如導電油墨)槽模塗覆於包含球體的所暴露η型層在內的面板的表面上方。如果作為液體而沉積導體材料，那麼導體粘度可為充分低的以致其通過重力、表面張力及毛細管作用匯集在球體的下部部分周圍且從球體上方回縮以形成導電網絡。此匯集減小導體的電阻且避免關於導體覆蓋二極體及減小光學傳輸的問題。
[0022]接著將薄金屬總線條印刷於經匯集導體層及球體上方的選定區中，從而形成沿著PV面板的長度延續的許多低電阻平行條帶。接著可形成與薄總線條接觸的幾個較寬且較厚的正交金屬總線條以將太陽能電池的陰極電流載運到在每一 PV面板的邊緣處的電連接器。鋁襯底將陽極電流載運到連接器。
[0023]接著將矽的量子點或其它類型的量子點塗覆於球體的頂部表面上方以符合球體的形狀。所述量子點吸收UV光且發射可見波長的光。由於矽二極體將所添加可見光轉換為電流，因此不浪費入射UV光且減小太陽能電池加熱。
[0024]為減小反射且為形成環境勢壘，將環境上穩健的透明粘結劑中的高折射率納米粒子(例如，經摻雜玻璃珠或其它高折射率粒子，例如二氧化鈦)的層或層序列沉積於矽球體上方，從而形成全方向漸變(或階躍)折射率抗反射塗層。如本文中所使用的納米粒子具有小於I微米的直徑。所述粒子優選地具有小於IOOnm的平均直徑。所述納米粒子的大小小於可見光的波長以限制納米粒子的散射。所述粒子具有大約1.7到2.4的折射率。所述透明粘結劑具有低於所述納米粒子的折射率的折射率，而複合物形成比單獨粘結劑大的有效折射率且通過改變高折射率納米粒子的濃度而調諧。在不具有添加劑的情況下，將光學透明聚合物的折射率增加到高於1.7是難以實現的。所述層可含有不同折射率的一或多個納米粒子類型的混合物且不同納米粒子的濃度可在透鏡的上部部分與下部部分之間變化。不同折射率納米粒子可具有不同大小及/或質量以形成不同濃度，這是因為納米粒子以不同速率在液體中進行沉降。單個透鏡塗層對於在輥到輥工藝期間簡化塗覆步驟的數目可是優選的。在另一實施例中，使具有不同塊體折射率的多個層塗覆並固化於彼此的頂部上以使透鏡的折射率較精確地漸變。
[0025]在一個實施例中，接下來將較低折射率(例如，η = 1.4)PVDF(聚偏二氟乙烯)層或含有匹配折射率(例如，η = 1.4)粒子(例如，透明經摻雜玻璃珠)的其它適合透明聚合物沉積於納米粒子層上方。此較低折射率層可具有1.4或小於1.4 (例如，1.3)的有效折射率。這些粒子可具有介於I微米到10微米之間的平均直徑。這些粒子(優選地比粘結劑硬得多)合意地提供耐磨性。此類保護在PV面板中是非常重要的優點。
[0026]量子點層及透鏡層符合二極體的圓形頂部表面，從而形成具有最小反射的最優光學結構。
[0027]接著切割輥以形成個別PV面板，每一面板含有幾百萬個並聯連接的矽二極體，且所述PV面板的陣列接合到支撐結構以形成模塊。所述PV面板可以串聯及並聯的任何組合電連接以實現所要電壓及電流特性。
[0028]在另一實施例中，在塗覆於襯底上之前形成ρ-η矽二極體。最初提供P型摻雜或未摻雜矽球體。接著在批次滾桶工藝中(例如)通過使球體經受磷酸而在球體上形成外η+型層。接著將所述球體施加到鋁襯底上的未固化含鋁油墨層，且所述油墨經燒結以在所述η+型層的底部部分與所述含鋁油墨之間形成電接觸。
[0029]接著塗覆且固化電介質層，所述電介質層通過毛細管作用及表面張力用潤溼方法與微球體的頂部分離以在所述微球體之間形成I微米到15微米厚的塗層。 [0030]接著蝕刻掉二極體的頂部表面，從而暴露內P型矽(假設球體最初是經摻雜的)。或如果球體最初不是P摻雜的，那麼所述P型矽的進一步摻雜可為導電的(如果需要)，例如對於歐姆接觸及形成前面場。接著印刷透明導體以接觸所述P型矽。其餘過程可為上文所描述的那些過程。
[0031 ] 在又一實施例中，ρ-η矽二極體在沉積於襯底上(如上文所描述)之前形成有P型核心及η+型外層。接著將球體印刷於電介質層(例如粘合帶)上。接著蝕刻所述球體的上部η+型層以暴露P型矽。接著將含鋁油墨層印刷於面板上方。所述含鋁油墨經加熱以使油墨在所述球體之間流動，使得所述鋁與所述球體的η+型底部層形成歐姆接觸。所述鋁還形成所述球體的P+型頂部表面。通過溼法蝕刻移除保持與頂部P+型矽接觸的任何含鋁油墨。
[0032]如果擔心鄰近P+區域與η+區域之間的擴散，那麼在沉積含鋁油墨層之前可在所述η+型區域與所暴露P型區域之間的每一球體周圍形成薄電介質層以在形成所述球體的P+型頂部表面之後充當隔板。
[0033]接著將通過毛細管作用及表面張力用潤溼方法(或芯吸方法)與微球體的頂部分離(且匯集在微球體的周界周圍)的低溫電介質印刷於面板上以在所述微球體之間形成I微米到15微米厚的塗層，從而暴露P+型矽。
[0034]接著(例如)通過槽模塗覆將透明導體層塗覆於面板上方。接著所述導體層經加熱以使所述層中的導電粒子燒結且與P+型矽形成歐姆接觸。可存在透明導體材料在所述P+型矽的側周圍的合意匯集。
[0035]接著印刷金屬總線條以形成經由透明導體的到P+型矽的低電阻路徑。[0036]接著可形成量子點層及漸變透鏡，如先前所描述。
[0037]接著形成陽極及陰極連接器，從而導致基於鋁的陽極層及透明導體陰極層。
[0038]接著將面板分離、安裝於支撐結構上且電互連。
[0039]詳細說明中描述其它實施例。所有步驟均可在大氣壓條件下執行。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1是開始薄金屬箔襯底的俯視圖。形成面板或電池的襯底針對輥到輥全大氣壓印刷工藝可為任何大小。
[0041]圖2圖解說明含鋁油墨或漿層，所述含鋁油墨或漿層緊接在所塗覆的矽球體層之前而經槽模塗覆，使得球體上覆未固化導體層。這些層可通過其它手段而施加，例如輪轉絲網印刷或輥上刮刀塗覆。
[0042]圖3是襯底沿著P型矽球體的行的橫截面圖，其圖解說明沉積於未固化導體層上以形成緊密堆積的單層的矽球體。儘管為簡明起見，所述過程將展示為對僅單個球體執行，但可在PV面板的整個表面上方同時執行所述過程的每一步驟。
[0043]圖4圖解說明使溶劑從矽球體漿料蒸發以輔助形成薄層(例如單層)同時將球體壓入到未固化導體層中的氣刀。圖4還圖解說明經退火以在矽球體中形成背面場的矽球體層及導體層。
[0044]圖5圖解說明在圖4的過程之後接合到導體層的矽球體。
[0045]圖6圖解說明塗覆於PV面板的表面上方的電介質勢壘層。
[0046]圖7圖解說明已用潤溼方法(或芯吸方法)與微球體的頂部分離以暴露矽表面的電介質。
[0047]圖8圖解說明沉積於娃表面上方的η型摻雜劑層。η型摻雜劑原子從η摻雜劑層擴散到矽中以在原位形成pn 二極體。
[0048]圖9圖解說明在摻雜下伏矽之後衝掉的η型摻雜劑層。
[0049]圖10圖解說明至少沿著矽球體的邊緣塗覆的透明導體或其它導體，接著為將金屬總線條印刷於所述導體的一部分上方。透明導體材料(如果作為液體而沉積)可通過毛細管作用從球體的頂部表面自動回縮且合意地匯集在球體的周界周圍以形成導電網絡。
[0050]圖11圖解說明矽表面上的量子點的沉積。
[0051]圖12圖解說明較低折射率電介質材料中的高折射率納米粒子(< 300nm)的沉積，從而形成漸變(或階躍)折射率透鏡的一部分以用於減小反射。
[0052]圖13圖解說明較低折射率及較大粒子的沉積，從而形成漸變(或階躍)折射率透鏡的一部分以用於減小反射。
[0053]圖14圖解說明作為預先形成的二極體的矽球體的另一實施例。
[0054]圖15圖解說明圖14的嵌入導電層中使得形成到n+型外層的電接觸的矽二極體。
[0055]圖16圖解說明形成於球體上方且經往回蝕刻以暴露球體的頂部的電介質層。[0056]圖17圖解說明已將球體的頂部蝕刻掉以暴露P型矽。所暴露P型矽可具有初始P型摻雜劑濃度，或可執行摻雜步驟以將其製成P+型。接著形成透明導體以與P型或P+型矽形成歐姆接觸，接著為形成金屬總線條。接著可執行圖11到13的過程。
[0057]圖18圖解說明作為預先形成的二極體的矽球體。[0058]圖19圖解說明沉積於襯底上的球體及沉積於球體上方的電介質。
[0059]圖20圖解說明經往回蝕刻以暴露球體的頂部的電介質及被蝕刻掉以暴露下伏P型矽的所暴露n+型矽。
[0060]圖21圖解說明被移除的剩餘電介質。
[0061]圖22圖解說明經沉積及加熱以在每一球體的頂部上形成P+型區域的含鋁層。
[0062]圖23圖解說明經向下蝕刻以僅歐姆接觸球體的n+型部分的含鋁層。
[0063]圖24圖解說明形成於球體上方以暴露P+型區域的電介質掩模層。
[0064]圖25圖解說明沉積於球體上方以接觸P+型區域的透明導體及接觸透明導體的較厚金屬總線條。
[0065]圖26是使用輥到輥技術而執行的全大氣壓印刷工藝的一部分的示意圖。
[0066]圖27是四個PV面板的俯視圖，每一 PV面板通常含有幾百萬個並聯連接的矽二極體以用於將太陽光轉換為電力，其中穩健金屬總線條經形成以電接觸較窄經印刷導體，且其中電極經形成以允許面板通過外部導體串聯連接。
[0067]圖28展示在從20°C到60°C的範圍內的漿料溫度下隨剪切率而變的矽微球體漿料的粘度行為。漿料在室溫下是高度觸變的，但在40°C下展現小得多的剪切稀化。在60°C下失去一些溶劑，此導致粘度稍微增加IOOs'
[0068]圖29A及29B是塗覆於鋁網上的63微米到75微米的微球體的緊密堆積的單層在不同放大率下的光學圖像。所述微球體形成緊密堆積的單層且直徑可在10微米到150微米內，其中直徑具有+/-10微米的變化。
[0069]圖30是接合到塗覆於Al箔襯底上的含Al油墨的橫截面矽微球體的光學圖像。油墨與矽微球體之間的界面展示P+區域或背面場區域的形成。
[0070]圖31A是嵌入經固化Al油墨中的矽球體單層的橫截面的掃描電子顯微鏡圖像。
[0071]圖31B及31C是掃描電子顯微鏡中所獲得的能量分散x射線譜圖像，其展示矽微球體中的合金區域(P+)(圖31B)及鋁襯底中的合金(富矽相)區域(圖31C)。
[0072]在各圖中類似或相同的元件標示為具有相同編號。
【具體實施方式】
[0073]本發明的一個實施例是用於形成通常含有幾百萬個並聯電互連的小實質上球形矽二極體的薄PV面板(或太陽能電池)的工藝。電力由面板因光伏效應而產生。pn結通過將富含電子或缺少電子的原子擴散到大約I微米的深度而製作於輕摻雜矽(通常為P型且稱為基極)中，從而通常形成經摻雜η型層(稱為射極)。形成到pn結的任一側上的射極及基極的電接觸。在此結處，耗盡區域依據經電離施主及受主的存在而形成。當從太陽光吸收光子時，產生自由載子。這些光生載子擴散且漂移到P-η結的耗盡區域、在內建電場下跨越所述結而漂移且收集在所述電極處，從而產生淨光電流。二極體的群組可以串聯及並聯的組合而連接以形成所要操作電壓及電流。舉例來說，所述電力可用於饋送到共用電網中或對電池進行充電。
[0074] 娃將僅具有等於或稍微大於娃的帶隙(~1.1eV)的能量的光子轉換為電力。由於UV光具有比帶隙大得多的能量，因此此所吸收能量中的大部分浪費為熱量。由於空氣(η=I)與矽(對於可見光，η=大約4)之間的折射率的大差異，因此還存在通過矽的顯著反射。因此所反射太陽光被浪費。這些僅是基於矽的PV面板具有相對低的電力轉換效率(通常小於20%)的原因中的一些。
[0075]下文所描述實施例圖解說明用於形成高效PV面板的各種大氣壓印刷工藝。不需要(例如)用於金屬沉積、電介質沉積、蝕刻等的真空室，從而導致PV面板製作工藝實施起來相對簡單且廉價。此工藝實現高吞吐量輥到輥製造技術。此外，所述工藝非常高效地使用矽。
[0076]圖1是開始襯底10的俯視圖。在實例中，襯底10是柔性鋁箔且用於傳導電流。在另一實施例中，襯底10是任何其它金屬，例如不鏽鋼、銅、黃銅或其它合金。襯底10可替代地為電介質，例如聚合物薄片。襯底10可為任何大小，例如9英寸乘18英寸。優選地，將襯底10提供於輥上，且將所描述的技術在大氣壓條件下執行為輥到輥工藝。在優選實施例中，沒有溝道形成於襯底10中。
[0077]在圖2中，形成導電層，緊接著為沉積矽球體漿料。在另一實施例中，導電層可在沉積矽球體之前固化。圖2圖解說明槽模塗覆工藝，但可設想替代印刷或塗覆方法(例如，輥上刮刀塗覆)。將含鋁漿或含鋁油墨13的來源12提供到第一槽模頭14。所述漿還可為鋁及矽的組合或其它材料。第一槽模頭14可任選地加熱含鋁油墨13，且泵致使油墨13從長窄槽噴射於第一槽模頭14中。槽模頭是眾所周知的。所沉積含鋁油墨13的位置及量因此被小心地控制且可用於沉積導體層的行。 [0078]溶劑系統(矽油墨18)中的經摻雜或固有矽球體的來源16提供到第二槽模頭20 (其還可經加熱以控制粘度)且在含鋁油墨13的固化之前沉積到含鋁油墨13上。油墨13及18的粘度及溶劑中的粒子的百分比可經控制以優化油墨的塗布及所沉積粒子的堆積密度。槽模頭14及20可以稱作雙槽模頭的形式連接在一起以用於油墨13及18的精確對準。
[0079]在一個實施例中，跨越襯底10的寬度而沉積幾千個經摻雜球體。所述球體理想地以六邊形形式進行堆積(即，每一球體在水平平面中有6球體環繞其)以提供每單位面積最大數目個球體。單層發生於極窄控制範圍內，其中印刷條件的小變化導致稀疏層或層加倍。這些困難由流體的流變性及此些高度剪切稀化材料的刮墨刀片塗覆或槽模塗覆的物理限制兩者所致。
[0080]圖28展示矽球體漿料隨溫度而變的剪切稀化性質。通過在40°C下塗覆油墨，剪切稀化被最小化，因此可能形成單層。
[0081]此外，通過使用溼碰溼方法(例如，溼導電「膠」層上的溼球沉積作用)，以213cm/min製成緊密堆積的或接近完美的單層。圖29A及29B展示具有63微米到75微米的直徑的微球體的緊密堆積的單層的形成。此過程已證明具有直徑介於從10微米到150微米的大小範圍內的微球體，但高堆積密度需要最多20微米的總直徑變化。輥上刮刀塗覆及槽模塗覆兩者的組合允許顯著增強的塗覆控制範圍且為剪切稀化流體的高速塗覆的創新。
[0082]與此步驟相比，美國公開案2010/0167441中的沉積於扁平襯底(無溝道或腔)上方的粘合劑層不是金屬，而是(舉例來說)導電聚合物。鋁層的電阻低於導電聚合物的電阻，且鋁可用於用P型摻雜劑來摻雜矽。
[0083]圖3是襯底10的橫截面圖，其展示含鋁導體層22的塗覆，接著為P型矽球體26的塗覆。替代地可使用具有預先形成的Pn結的N型未摻雜或矽球體。第5，556，791號美國專利中描述矽球體的形成。在一個實施例中，球體26具有大約介於10微米到300微米之間的平均直徑。由於球體26通常將不是完美球體，因此將其假設為是實質上球形的。
[0084]如果使用絲網印刷來形成本文中所描述的各種層，那麼可在襯底10的大表面上方執行所述工藝，而襯底10是固定的。在絲網印刷中，細網格已在其上形成使用常規光刻工藝而圖案化的掩模層，例如乳劑。接著將網格鋪設於襯底10上方。接著將包括欲沉積的材料的液體或漿用橡皮輥刷在網格上方以將液體/漿經由開口壓入掩模中以將液體/漿沉積於襯底10表面上。所沉積材料(例如)通過用熱進行乾燥而固化。
[0085]圖4圖解說明塗布矽油墨層31以形成球體26的薄層(例如，單層)同時將球體26壓入到未固化導體層22中的任選氣刀30。吹送經加熱經過濾空氣或惰性氣體的氣刀30還使油墨溶劑部分蒸發。因此，在使用氣刀30對軋輥或刀片中存在協同作用。氣刀30可經定向垂直於襯底10或成一角度。在一個實施例中，氣刀30吹送窄角(刮刀邊緣)空氣。在其它實施例中，可使用任何類型的塗布器。在另一實施例中，取決於沉積技術，不需要塗布器。
[0086]圖4還圖解說明在輥到輥工藝期間以兩步驟過程固化及退火的矽油墨層31及導體層22。固化步驟使油墨溶劑蒸發。展示加熱器32。加熱器32可為任何適合加熱器，包含快速退火系統。退火使導電層22中的鋁粒子燒結在一起、在矽(P+區域)中形成背面場且將矽接合到導電層，從而提供到下伏襯底的機械連接性及電連接性兩者。圖5圖解說明在圖4的過程之後嵌入經固化導電層22中以形成大接觸區的矽球體26。P+區34在Al退火步驟期間形成於Al與矽球體26接觸的任何地方。Al原子擴散到矽中，形成高度經摻雜P+區34且形成歐姆接觸。圖30及31A到31C中展示在此退火過程之後接合到Al油墨及襯底的矽微球體的橫截面圖像。在圖30中，矽微球體的底部中的「亮」區域是BSF區域且證明為如圖31B中的電子分散譜(EDS)顯微圖中所展示的富含Al的「暗區域」。在圖31C中，展示矽含量的EDS顯 微圖。Al襯底中的富含矽的區域展示發生合金化及因此Al油墨與Al襯底之間的電接觸以完成太陽能電池陽極。
[0087]在圖6中，將電介質36(例如)通過噴塗或噴墨印刷沉積於PV面板的表面上方。在一個實施例中，電介質36是接著被固化的所噴塗玻璃前驅物，例如旋塗玻璃(SOG)。旋塗玻璃是用於描述可通過旋塗或噴塗而沉積的低粘度玻璃的術語。電介質36的厚度在球體之間為大約幾微米到幾十微米，這是因為球體26僅具有介於10微米到300微米之間的直徑。在另一實施例中，電介質是在固化時形成連續絕緣層的聚合物微珠的分散體。
[0088]在圖7中，電介質36展不為用潤溼方法與娃球體26的頂部分離以暴露上部娃表面。由於電介質36的低粘度、矽球體的平滑表面及矽與電介質36之間的化學相互作用的缺少，因此電介質36由於毛細管作用、表面張力及重力而沿著矽球體26的邊緣匯集。電介質層從球體的頂部的此移除還可稱為芯吸。即使球體26的頂部上存在薄殘餘電介質層，後續雷射擴散步驟也可克服此薄電介質層以形成PN結，如下文所描述。在另一實施例中，微珠完全用潤溼方法與矽微球體的頂部分離，從而暴露原始表面以形成PN結。
[0089]在圖8中，將η摻雜劑層38沉積於娃表面上方直列地形成pn結二極體。在一個實施例中，η摻雜劑層38是經噴塗或經印刷磷摻雜的玻璃層。層38中的摻雜劑使用脈衝雷射器而擴散到矽中。雷射器將球體表面26加熱到(舉例來說)高於矽的熔化溫度以允許磷到矽中的快速擴散。在另一實施例中，摻雜劑是磷酸且可直接塗覆於電介質層上方、接著使用雷射退火擴散穿過矽微球體的頂部上的薄電介質以形成p-n結。在第三實施例中，摻雜劑是磷摻雜的納米矽或含磷矽前驅物，其在藉助雷射器進行衝洗後即刻形成連續矽膜。所述膜取決於雷射條件可為非晶、納米晶體或單晶體。當雷射條件是用以越過矽膜與微球體之間的界面擴散磷時，形成同質結。當雷射條件是用以使磷保持在上部矽層內時，形成異質結。在具有最高達6mm的焦距的情況下，具有45W或小於45W的峰值電力及20微焦耳到100微焦耳的能量密度的532nm雷射是合意的。
[0090]在圖9中，衝掉或蝕刻掉η摻雜劑層38的殘留物，此還可使電介質層36進一步薄化。圖9圖解說明矽球體26的頂部部分，所述頂部部分為η型部分40，因此使用輥到輥工藝直列地形成pn 二極體。如果需要，可沉積額外電介質層，所述額外電介質層經設計用潤溼方法與大部分球體表面分離以便通過重力、表面張力及毛細管作用匯集在平滑球體的周界周圍。
[0091]在圖10中，透明導體或其它導體層44至少沿著矽球體26的邊緣而沉積以電接觸球體26的η.型部分40且經退火以降低觸點電阻。在一個實施例中，導體層44通過槽模塗覆而沉積，從而使液體導體材料經由窄槽壓入到表面上。在一個實施例中，透明導體材料具有充分低的粘度以便通過重力、表面張力及毛細管作用匯集在平滑球體的周界周圍。透明導體的匯集降低導體的電阻且改進可靠性。由於透明導體實質上用芯吸方法與二極體的頂部分離，因此避免關於透明導體的任何反射問題，且透明導體與矽之間的折射率的任何不匹配變得無關緊要。如果需要，可使用溼法蝕刻從球體的頂部蝕刻掉任何薄導體層。
[0092]如果使用非透明導體層，那麼應蝕刻掉球體26的頂部上方的顯著削弱可由矽吸收的太陽能輻射能譜中的光的任何導體材料。在一個實施例中，將粘結劑中的包括納米大小的銀粒子或金屬絲的層用作導體層44。銀粒子或金屬絲在固化之後彼此接觸。在一個實施例中，導體層44在乾燥之後為大約IOOnm到200nm厚。 [0093]接著(例如)通過銀或其它導體的噴墨印刷或輪轉絲網印刷將低電阻率金屬總線條48選擇性地印刷於透明導體層44上方。接著使所得結構退火以燒結銀粒子。
[0094]如先前所提及，來自由矽二極體吸收的陽光的UV光產生浪費的熱量。UV光子由於矽球體26的淺吸收深度而吸收於矽球體26的上部高度經摻雜射極區域中，因此任何UV產生的自由載子具有重新組合的高可能性。
[0095]在圖11中，(例如)通過噴塗或噴墨印刷而將納米矽量子點52的具有介於2nm到20nm之間的平均直徑的層50直接沉積於矽表面上。因此，球體26是保形地塗覆的。所要大小的量子點是商業上可獲得的且已知為用於將來自LED的藍色或UV光轉換為較長波長，此可形成白色光。量子點的材料及大小確定所發射波長。量子點以液體形式分散於球體26上方(或任何透明導體上方)，其接著被蒸發以在矽球體26上方留下量子點52的薄層50。量子點52吸收陽光中的UV光且由於光致發光而發射可見光,例如大約700nm或小於700nm處的紅色光。接著，通過二極體的光伏效應將可見光轉換成電流。因此，增加效率且減少熱量。展示量子點的大小對其光致發光能量的曲線圖是公眾可獲得的，且最優大小取決於太陽能能譜中的波長及由矽最高效地轉換為電力的波長。量子點56不用於直接產生電流。
[0096]由於量子點52優選地為矽且球體26為矽，因此折射率的值可是接近的以便不增加矽球體表面的反射性。此外，由於量子點52是在形成到矽球體26的所有電連接之後而施加，因此量子點層不需要是導電的。
[0097]量子點層50 (其可能為非導電的)可上覆金屬總線條48，這是因為到金屬總線條48的電接觸是沿著PV面板的其中不沉積量子點的邊緣而形成。在一個實施例中，可將量子點52灌注於球體26上方的透明導體層中。
[0098]由於空氣與娃的折射率(η)的大差異，因此經拋光娃反射大約35%到50%的可見光及50%到70%的紫外線光。圖12及13圖解說明階躍折射率透鏡或漸變折射率透鏡的形成以減小矽的反射性。僅展示兩個透鏡層；然而，可添加額外層以使折射率漸變以進一步減小反射損失。由於透鏡塗層製劑的流變性，因此透鏡的底部表面將固有地符合球體26，從而使到矽球體的光透射最大化。在圖12中，將粘結劑中的含有高折射率納米粒子56的層54沉積於量子點層50上方。在一個實施例中，納米粒子56具有小於300nm且優選地IOnm到IOOnm的平均直徑。納米粒子56的形狀將未必是球形的，且直徑視為是所述形狀的最寬直徑。納米粒子56由具有大約1.7到2.4的高折射率的材料製成。此通常高於任何高折射率聚合物。由於納米粒子56具有比其灌注於其中的粘結劑高的折射率，因此關鍵是使其大小保持充分低於所關注的波長(即，350nm及大於350nm)或在層54內部將存在顯著吸收及反射。由於納米粒子56的小大小，因此在所要電磁範圍中存在極小或不存在反射或吸收。粘結劑可為聚偏二氟乙烯(PVDF) 或者在沉積時為液體的另一適合聚合物或其它材料。納米粒子還可稱為珠。在一個實施例中，納米粒子56是透明經摻雜玻璃珠。納米粒子56及粘結劑可通過噴塗、印刷或使用其它大氣壓沉積技術而沉積。在固化後，層54的厚度可為幾微米。在另一實施例中，如果一些吸收是可容許的，那麼納米粒子56小於10微米。
[0099]在圖13中，含有較低折射率及較大粒子(優選地透明玻璃珠60 (例如，石英))的層58經沉積以形成漸變折射率透鏡的上部部分以用於減小反射。玻璃珠60可具有介於1.4到1.43之間的折射率以匹配液體粘結劑(例如，PVDF)的折射率。珠60可具有介於I微米到10微米之間的平均直徑。由於珠60經形成以具有大約與粘結劑相同的折射率，因此粘結劑中的珠60的吸收或反射可忽略。玻璃珠60 (其比粘結劑硬得多)合意地增加層58的耐磨性。如果玻璃珠60密集地堆積，那麼其將改進所述層的防潮特性。層58可通過噴塗、印刷或其它適合大氣壓工藝而沉積。
[0100]透鏡層54及58的總厚度可小於15微米。在一個實施例中，層58形成大體半球形透鏡以將太陽光另外聚焦到矽球體上。透鏡的漸變或階躍折射率提供從高折射率矽到低折射率空氣的良好過渡。具有不同折射率的聚合物及/或聚合物納米粒子複合物的額外層可插入於層54與58之間以形成較精細漸變透鏡以進一步減小反射。商業上可獲得具有小於1.7的折射率的聚合物。
[0101]由於所沉積透鏡54、58作為粘性液體而沉積，因此其符合矽球體。因此，透鏡54的底部表面將符合球體形狀，且透鏡58的底部將符合透鏡54的頂部形狀。因此，出於最大光接收目的，透鏡54、58兩者均可通過粘結劑的自然表面張力製成為實質上半球形。如本文中所使用的術語珠未必意味著球形形狀，但透鏡層54及58中所使用的玻璃珠優選地具有圓形邊緣。
[0102]在另一實施例中，單個保形透鏡層可含有不同折射率的一或多個納米粒子的混合物，且納米粒子的濃度在透鏡的上部部分與下部部分之間的濃度方面可變化。在一個實施例中，單個透鏡塗層對於在輥到輥工藝期間簡化塗覆步驟的數目是優選的。每一折射率的納米粒子的大小及/或質量可不同，使得不同大小/質量的納米粒子以不同速率沉降到液體層的底部，從而導致針對漸變透鏡形成不同折射率納米粒子的不同層。液體可經加熱以調整其粘度以使得納米粒子能夠沉降。可通過測試確定最優大小。
[0103]在另一實施例中，透鏡層54及58組合成含有灌注於形成圖13中的層58的一部分的較低折射率粘結劑中的納米粒子56的單個漸變折射率層。然而，粘結劑58不含有玻璃珠60。納米粒子56混合於粘結劑中且在單個步驟中如上文所描述而沉積。納米粒子56在沉積之後自然地遷移/沉降到粘結劑的底部。液體層可經加熱以極大地降低其粘度以控制納米粒子56的沉降。因此，鄰接球體26 (具有高密度的納米粒子56)的透鏡區將具有高於進一步來自其中存在低密度的納米粒子56的球體26的折射率的折射率。
[0104]在另一實施例中，使具有不同塊體折射率的多個層塗覆並固化於彼此的頂部上以使透鏡的折射率較精確地漸變。
[0105]圖14圖解說明作為在其施加到襯底之前形成的預先形成的二極體的矽球體82的另一實施例。矽球體82可為P摻雜的。在一個實施例中，球體接著在批次滾桶工藝中經受POCl3以通過將磷擴散到矽球體表面中而形成n+型殼體84。還可使用藉助磷酸的其它技術，例如溼法工藝。
[0106]在圖15中，將娃球體82嵌入形成於襯底88上方的導電層86中，如先前所描述。導電層86形成到η型殼體84的歐姆接觸。
[0107]在圖16中，電介質層90形成於導電層86及矽球體82的側上方。電介質層90可為噴墨印刷或噴塗的旋塗玻璃(SOG)或聚合物。接著使電介質層90固化。接著往回蝕刻電介質層90以暴露矽球體82的頂部。
[0108]在圖17中，使用大氣壓化學蝕刻工藝(例如溼法或氣相蝕刻)來蝕刻球體82的頂部部分以暴露球體的內P型部分。如果需要，球體82的頂部可另外經P摻雜以通過將經P摻雜層沉積於球體82上方、加熱所述結構以使摻雜劑擴散到球體82的頂部中、接著移除剩餘摻雜劑層而形成P+類型層。加熱可藉助雷射器而進行。此類似於關於圖8所描述的過程，但使用經P摻雜層。
[0109]接著將透明導體或其它導體層92沉積於結構上方以便接觸P型矽。導體層92可為通過任何類型的印刷而沉積且接著被固化的油墨。導體92可為藉助重力、表面張力及毛細管作用通過用芯吸方法與球體82的頂部表面分離而固有地匯集在球體82的周界周圍的類型，如先前所描述。然而，球體82上方剩餘的任何透明導體92可均是可接受的。還可使用非透明導體。接著(例如)通過噴墨印刷而在透明導體層92上方形成金屬總線條94以減小沿著球體82的行的電阻。因此，形成到沉積於襯底88上的所有球體82的陽極及陰極的電接觸，且並聯連接二極體。由面板面積界定的並聯連接的二極體的數目可通過由面板產生的所要電流而確定。
[0110]接著可執行圖11到13的過程以沉積量子點層及漸變透鏡以用於改進太陽能面板的電力轉換效率。因此使用全大氣壓工藝而完成幾百萬個並聯連接的二極體的整個面板。
[0111]在圖14到17的變化形式中，可沉積具有以下各項的二極體:1)η+型外殼體及固有核心(i導電性類型)；2) P型外殼體及η型或固有核心；3) P+型外殼體及P型或固有核心；或4)η+型外殼體及η型或固有核心。可在已沉積二極體之後摻雜外殼體或核心。
[0112]圖18到25圖解說明使用全大氣壓印刷工藝來形成PV面板的本發明的另一實施例。
[0113]圖18圖解說明作為預先形成的二極體的矽球體82，其類似於圖14中所展示的矽球體。最初提供P型摻雜的矽球體，且接著(例如)通過使球體在批次滾桶工藝中經受POCl3而在球體上形成外η.型層84。
[0114]如圖19中所展示，接著將球體82印刷於上覆襯底102的電介質層100(例如粘合帶)上。接著將電介質104(例如玻璃)沉積於球體82上方。電介質104可通過噴塗而沉積。適合玻璃可為旋塗玻璃(SOG)。
[0115]圖20圖解說明經往回蝕刻(例如藉助溼法蝕刻劑)以暴露球體的頂部的電介質104。接著(例如藉助溼法或氣相化學蝕刻劑)蝕刻掉所暴露η+型矽以暴露下伏P型矽。如果使用矽的各向異性蝕刻，那麼用作犧牲遮蔽層的電介質104是任選的。如果矽蝕刻是各向異性的，那麼球體82自身阻擋球體82的底側的蝕刻。
[0116]接著移除剩餘電介質104，如圖21中所展示。
[0117]圖22圖解說明作為漿而絲網印刷於球體82上方的含鋁層108。還可使用其它沉積技術，例如槽模印刷。含鋁層108接著經加熱以使油墨在球體82之間流動，使得鋁與球體的η+型底部層形成歐姆接觸。鋁還摻雜球體82的頂部表面以將其製成P+型。可使用快速退火系統來加熱含鋁層108的表面以對球體82的頂部表面進行P摻雜。
[0118]如果擔憂鄰近P+與η+區域之間的擴散，那麼可在沉積含鋁層之前在η+型區域與所暴露P型區域之間的每一球體82周圍形成薄電介質層以在形成球體的P+型頂部表面之後充當隔板。
[0119]在圖23中，通過蝕刻移除保持與頂部P+型矽接觸的任何含鋁層，使得含鋁層108僅歐姆接觸球體82的η+型部分。
[0120] 在圖24中，低溫電介質112接著印刷於球體82上方且經化學蝕刻以暴露ρ+型矽。
[0121]在圖25中，接著通過槽模塗覆或其它大氣壓工藝將透明導體層114沉積於球體82上方。導體層114接著經固化以與P+型矽形成歐姆接觸。可存在透明導體材料在P+型矽的邊緣周圍的合意匯集，且透明導體可從頂部表面回縮。
[0122]金屬總線條116接著經印刷以形成經由透明導體層114到ρ+型矽的低電阻路徑。
[0123]接著可形成量子點層及漸變透鏡，如先前所描述。如果在形成透明導體層114之後暴露球體82的頂部部分，那麼量子點及漸變透鏡層將符合球體82表面。
[0124]接著形成陽極及陰極連接器，從而導致含鋁陽極層及透明導體陰極層。
[0125]面板接著被薄片、安裝於支撐結構上且電互連。
[0126]發明人所預期的額外變化包含使用固有矽球體及輕度η摻雜的矽球體作為基極材料。在任一,清形中，p/n、p-1或n-1結或者前面場(n+/n或p+/i或n+/i)可藉助摻雜劑的雷射介導擴散由經摻雜玻璃或其它摻雜劑源引入，如圖8及9中所展示。背面場(p+/i)或p/n或p-1結可使用來自導電油墨的招摻雜劑通過在球體的底部處進行P型摻雜而引入，如圖5中所圖解說明。
[0127]圖26是使用輥到輥技術而執行的全大氣壓印刷工藝的示意圖。襯底120 (其可在輥上或為大薄片)定位於用於執行上文所描述的步驟中的任一者的任何適合大氣壓處理站下方。襯底120可針對不同過程連續地延續穿過不同站(直列式輥到輥)及/或可在移動到另一站(輥到輥)之前在用於覆蓋整個襯底120的單個站處的一組特定工具下方延續。上述過程中使用的三種基本裝備工具類型是針對沉積124、加熱/固化128及蝕刻132。沉積124可通過槽模印刷、噴墨印刷、噴塗、絲網印刷或其它適合技術。加熱/固化128可通過雷射器、加熱棒、IR、UV、送風機或其它適合技術而執行。蝕刻132可通過化學氣相蝕刻、溼法蝕刻、機械蝕刻或其它適合技術而執行。用於本文中所描述的所有材料的蝕刻劑可為在大氣壓下使用的常規型的(例如，基於氟、基於氯)。
[0128]因此，至少以下特徵區分發明性工藝與第2010/0167441號美國專利申請公開案中的工藝:
[0129]本發明工藝的實施例形成保形透鏡(圖12及13)。保形透鏡是較優選地定形狀的且固有地優選定位於二極體上方，因此改進效率。透鏡的折射率還為階躍的或漸變的以減小娃微球體的反射性。
[0130]本發明工藝的實施例形成上覆二極體的量子點層(圖11)，所述量子點層符合二極體的形狀以改進效率及減小熱。
[0131]本發明工藝的實施例蝕刻二極體(圖17及20)以暴露核心矽區域，接著為任選P+或η+摻雜步驟。所暴露核心接著由導體接觸。
[0132]本發明工藝的實施例沉積含鋁層108 (圖22)以對二極體的頂部進行P+摻雜，接著向下蝕刻含鋁層108以僅電接觸二極體的底部η+型部分。
[0133]各種接 近大氣壓蝕刻工藝使得新工藝流程能夠用於形成面板，且在一些實施例中，改進面板的性能。
[0134]所述工藝的實施例沉積用芯吸方法與半導體球體的頂部分離的電介質層，以實質上暴露球體的頂部以供摻雜，從而避免對蝕刻電介質的需要。電介質使陽極導體與陰極導體絕緣。
[0135]本發明工藝的實施例沉積匯集在二極體的邊緣周圍的透明導體，從而用芯吸方法與頂部表面分離。此避免對蝕刻的需要且改進光學效率。
[0136]本發明工藝的實施例使用不具有溝道的襯底且將矽球體沉積於未固化或部分固化的Al層(圖3)上方。使Al層退火允許Al對矽進行P+摻雜。所得Al層具有極低電阻，且Al層不受來自陽光的持續UV暴露影響。
[0137]本發明工藝的實施例對具有含磷材料層(圖8)的矽的頂部部分進行η摻雜，接著蝕刻掉剩餘材料殘渣(圖9)。蝕刻掉材料殘渣改進光學效率且降低矽透明導體觸點的電阻。
[0138]還存在對現有技術的其它改進。
[0139]圖27是四個面板140的俯視圖，每一面板通過上文所描述工藝中的任一者而製成且每一面板含有幾百萬個並聯連接的矽二極體以用於將太陽光轉換為電力。金屬襯底10/88/102展示為具有形成為到其的第一電連接141 (例如，陽極電極)。金屬總線條48/94/116全部藉助可沿X及y方向形成的許多較大及較低電阻金屬總線條142連接在一起。總線條142的數目取決於面板的大小及並聯連接的二極體的數目。形成到金屬總線條142的第二電連接144 (例如，陰極電極)。
[0140]各種面板140接著通過外部導體(例如金屬絲或框架的一部分)以串聯及並聯的任何組合而連接，以實現所要電壓及電流。
[0141]每一面板140還可稱為太陽能電池，這是因為每一電池充當接著與其它電池按用戶期望互連的單個單元。太陽能電池可採取任何形式且未必是矩形面板。
[0142]在一個實施例中，太陽光由面板140轉換為電力，且DC-DC轉換器將電力轉換為適合電壓以對電池進行充電。
[0143]儘管將二極體描述為球體，但二極體可為大體球形的且仍稱為球體。確切形狀取決於工藝中的公差及隨機性的特定程度。術語「半導體粒子」在本文中是用於指具有任何形狀(包含球體、多面體或隨機形狀)的二極體。
[0144]考慮到材料的限制，形成透鏡的各種透明層及透明玻璃珠在所有相關波長處未必均是100%透明的，而是根據此項技術中的常見用法仍稱為透明的。
[0145]本文中所描述的所有步驟均在大氣壓條件中針對至少面板水平而執行，從而避免對任何真空室的需要，允許面板以輥到輥工藝迅速且廉價地形成。所完成面板是輕量且柔性的。
[0146]本文中所描述的技術還可用於形成發光二極體的面板。代替矽球體，半導體粒子可為產生藍色光的基於GaN的粒子(例如，球體)。磷光體層可通過噴塗或印刷沉積於半導電粒子上方以形成白色光或任何其它波長的光。本文中所描述的適合於LED的所有其它工藝均可相同以形成到LED的陽極及陰極的電接觸，或摻雜LED，或在LED上方形成透鏡。
[0147]雖然已展示及描述本發明的特定實施例，但所屬領域的技術人員將顯而易見:可在不背離本發明的 更廣泛方面的情況下做出改變及修改，且因此，所附權利要求書欲將所有此些改變及修改囊括在其範圍內，如同此些改變及修改屬於本發明的真正精神及範圍內一樣。
[0148]除當前所主張發明外，下文列出受讓於本發明受讓人的各種其它發明連同其發明人。
[0149]PV面板中的二極體與透鏡之間的量子點(QUANTUM DOTS BETWEEN DIODES AND LENSIN A PV PANEL)。圖 11。鄭立新(Lixin Zheng)、特裡西姬 A.楊布爾(Tricia A.Youngbull)
[0150]1.一種太陽能電池結構，其包括:
[0151 ] 多個矽二極體，其在襯底上，適於將太陽光轉換為電力，所述二極體具有用於暴露於陽光的第一表面部分；及
[0152]量子點層，其沉積於至少所述第一表面部分上方以符合所述第一表面部分，所述量子點層將所述太陽光的UV波長轉換為所發射可見波長，其中所述一或多個二極體將所述所發射可見波長轉換為電力。
[0153]2.在本發明技術方案I的發明的基礎上的結構，其中所述二極體包括襯底上的多個矽球體，所述二極體具有連接到第一導體的第一導電性類型的頂部表面及連接到第二導體的第二導電性類型的底部表面，所述量子點沉積於所述二極體的所述頂部表面上方及所述第一導體的至少一部分上。
[0154]3.在本發明技術方案I的發明的基礎上的結構，其中所述量子點層包括具有介於2nm到20nm之間的平均直徑的納米娃粒子層。
[0155]4.在本發明技術方案I的發明的基礎上的結構，其中所述量子點層包括具有介於2nm到20nm之間的平均直徑的納米粒子層。
[0156]5.在本發明技術方案I的發明的基礎上的結構，其中所述量子點發射具有小於1000nm的波長的光。[0157]6.在本發明技術方案I的發明的基礎上的結構，其中所述一或多個二極體包括襯底上的多個矽球體，所述二極體具有大於10微米的平均直徑，所述二極體具有第一導電性類型的頂部表面及第二導電性類型的底部表面，所述量子點沉積於所述二極體的所述頂部表面上方，其中所述量子點具有小於20nm的平均直徑且將來自陽光的UV光轉換為具有小於1000nm的波長的光。
[0158]7.在本發明技術方案6的發明的基礎上的結構，其進一步包括形成於所述量子點層上方的透鏡。
[0159]8.在本發明技術方案7的發明的基礎上的結構，其中所述透鏡具有漸變折射率。
[0160]9.在本發明技術方案8的發明的基礎上的結構，其中所述二極體具有由具有第一折射率的第一材料形成的外表面，所述透鏡包括:
[0161]第一透鏡層，其上覆所述第一表面部分，所述第一透鏡層包括具有小於300nm的平均第一直徑的透明第一粒子，所述第一粒子具有小於所述第一折射率的第二折射率；及
[0162]第二透鏡層，其上覆所述第一透鏡層，所述第二透鏡層包括具有大於所述第一直徑的平均第二直徑的透明第二粒子，所述第二粒子具有小於所述第二折射率的第三折射率。
[0163]10.在本發明技術方案I的發明的基礎上的結構，其中所述二極體通過導體電接觸，且其中所述量子點層毯覆沉積於所述二極體上方及所述導體上方。
[0164]11.一種形成太陽能電池結構的方法，其包括: [0165]在襯底上沉積適於將太陽光轉換為電力的多個矽二極體，所述二極體具有用於暴露於陽光的第一表面部分；及
[0166]至少在所述第一表面部分上方沉積量子點層以符合所述第一表面部分，所述量子點層將所述太陽光的UV波長轉換為所發射可見波長，其中所述一或多個二極體將所述所發射可見波長轉換為電力。
[0167]12.在本發明技術方案11的發明的基礎上的方法，其中所述二極體具有大於10微米的平均直徑，且其中所述量子點層包括具有小於20nm的平均直徑的納米矽粒子層以便將來自陽光的UV光轉換為具有小於1000nm的波長的可見光。
[0168]13.在本發明技術方案11的發明的基礎上的方法，其進一步包括在所述量子點層上方形成透鏡。
[0169]14.在本發明技術方案13的發明的基礎上的方法，其中所述透鏡具有漸變折射率。
[0170]15.在本發明技術方案14的發明的基礎上的方法，其中所述二極體具有由具有第一折射率的第一材料形成的外表面，且其中形成所述透鏡包括:
[0171]沉積上覆所述第一表面部分的第一透鏡層，所述第一透鏡層包括具有小於300nm的平均第一直徑的透明第一粒子，所述第一粒子具有小於所述第一折射率的第二折射率；及
[0172]沉積上覆所述第一透鏡層的第二透鏡層，所述第二透鏡層包括具有大於所述第一直徑的平均第二直徑的透明第二粒子，所述第二粒子具有小於所述第二折射率的第三折射率。
[0173]PV面板中的球形二極體上方的保形透鏡(C0NF0RMAL LENS OVER SPHERICAL DIODESIN A PV PANEL)。圖 12 及 13。特裡西姬 A.楊布爾(Tricia A.Youngbull)、鄭立新(LixinZheng)、薇拉 N.洛基特(Vera N.Lockett)。
[0174]1.一種用於形成太陽能電池結構的方法，其包括:
[0175]在襯底上提供適於將太陽光轉換為電力的多個二極體，所述二極體具有用於暴露於陽光的第一導電性類型的圓形頂部表面部分且具有第二導電性類型的底部表面部分；
[0176]提供電接觸所述底部表面部分的第一導體；
[0177]沉積電接觸所述頂部表面部分的第二導體；及
[0178]在所述頂部表面部分上方沉積透鏡材料，其中僅在沉積所述透鏡材料之後，所述透鏡材料的底部表面實質上符合所述頂部表面部分的所述圓形形狀。
[0179]2.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中所述沉積所述透鏡材料的步驟包括:
[0180]在所述二極體上方沉積液體透鏡材料，其中所述液體透鏡材料通過至少表面張力實質上符合所述二極體的所述頂部表面部分；及
[0181]使所述液體透鏡材料固化以形成第一透鏡。
[0182]3.在本發明技術方案2的發明的基礎上的方法，其中所述二極體具有小於300微米的平均直徑，其中所述第一導體包括金屬層，且其中所述第二導體包括透明導體層，所述方法進一步包括:
[0183]在所述金屬層上方沉積電介質層，所述電介質層在所述二極體之間延伸；及
[0184]在所述電介質層上方沉積所述透明導體層以電接觸所述二極體的所述頂部表面部分且電互連所述二極體，
[0185]其中所述沉積所述液體透鏡材料的步驟包括在所述二極體之間的所述電介質層上方及在所述二極體之間的所述透明導體層上方以及在所述二極體的所述頂部表面部分上方沉積所述液體透鏡材料。
[0186]4.在本發明技術方案3的發明的基礎上的方法，其進一步包括在沉積所述液體透鏡材料之前在所述電介質層上方、在所述透明導體層上方及在所述二極體上方沉積量子點層。
[0187]5.在本發明技術方案2的發明的基礎上的方法，其中通過塗覆或印刷中的一者而沉積所述液體透鏡材料。
[0188]6.在本發明技術方案2的發明的基礎上的方法，其中在所述多個二極體上方及在所述二極體之間而不遮蔽所述二極體沉積所述液體透鏡材料。
[0189]7.在本發明技術方案2的發明的基礎上的方法，其中所述第一透鏡具有第一折射率，所述方法進一步包括:
[0190]在所述第一透鏡上方沉積第二液體透鏡材料，所述第二液體透鏡材料的底部表面符合所述第一透鏡的頂部表面；及
[0191]使所述第二液體材料固化以形成第二透鏡，所述第二透鏡具有低於所述第一折射
率的第二折射率。
[0192]8.在本發明技術方案2的發明的基礎上的方法，其中所述液體透鏡材料包括對可見光透明且具有小於10微米的平均直徑的第一粒子，其中所述第一粒子處於在固化時具有第一折射率的第一液體粘結劑中，所述第一粒子具有高於所述第一折射率的第二折射率。
[0193]9.在本發明技術方案8的發明的基礎上的方法，其中所述第一粒子具有小於300nm的平均直徑。
[0194]10.在本發明技術方案8的發明的基礎上的方法，其進一步包括:
[0195]在所述第一透鏡上方沉積第二液體透鏡材料，所述第二液體透鏡材料的底部表面符合所述第一透鏡的頂部表面；及
[0196]使所述第二液體材料固化以形成第二透鏡，所述第二透鏡具有低於所述第二折射
率的第三折射率。
[0197]11.在本發明技術方案10的發明的基礎上的方法，其中所述第二液體透鏡材料包括在第二液體粘結劑中的對可見光透明的第二粒子。
[0198]12.在本發明技術方案11的發明的基礎上的方法，其中所述第二粒子近似具有所述第三折射率，且所述第二液體粘結劑在固化時也近似具有所述第三折射率。
[0199]13.在本發明技術方案8的發明的基礎上的方法，其中所述第一粒子包括玻璃珠。
[0200]14.一種太陽能電池結構，其包括:
[0201]多個二極體，其在襯底上，適於將太陽光轉換為電力，所述二極體具有用於暴露於陽光的第一導電性類型的圓形頂部表面部分且具有第二導電性類型的底部表面部分；
[0202]第一導體，其電接觸所述底部表面部分；
[0203]第二導體，其電接觸所述頂部表面部分；及
[0204]第一透鏡，其由第一透鏡材料形成，所述第一透鏡材料作為液體沉積於所述頂部表面部分上方接著經固化使得所述第一透鏡的底部表面實質上符合所述頂部表面部分的大約圓形形狀。
[0205]15.在本發明技術方案14的發明的基礎上的結構，其中所述二極體具有實質上球形形狀，其中所述第一透鏡材料通過至少表面張力實質上符合所述二極體的所述頂部表面部分。
[0206]16.在本發明技術方案14的發明的基礎上的結構，其中所述二極體具有小於300微米的平均直徑，其中所述第一導體包括金屬層，且其中所述第二導體包括透明導體層，面板進一步包括:
[0207]電介質層，其在所述金屬層上方，所述電介質層在所述二極體之間延伸；及
[0208]所述透明導體層，其在所述電介質層上方以電接觸所述二極體的所述頂部表面部分且電互連所述二極體，
[0209]其中所述第一透鏡材料上覆所述二極體之間的所述電介質層且在所述二極體之間的所述透明導體層上方以及在所述二極體的所述頂部表面部分上方。
[0210]17.在本發明技術方案16的發明的基礎上的結構，其進一步包括在所述電介質層上方、在所述透明導體層上方及在所述二極體上方的量子點層，所述第一透鏡形成於所述量子點層上方。
[0211]18.在本發明技術方案14的發明的基礎上的結構，其中所述第一透鏡具有第一折射率，所述面板進一步包括:
[0212]第二透鏡，其形成於所述第一透鏡上方，所述第二透鏡由第二透鏡材料形成，所述第二透鏡材料沉積於所述第一透鏡上方接著經固化，所述第二透鏡的底部表面符合所述第一透鏡的頂部表面，所述第二透鏡具有低於所述第一折射率的第二折射率。
[0213]19.在本發明技術方案14的發明的基礎上的結構，其中所述第一透鏡包括對可見光透明的第一粒子，所述第一粒子具有小於10微米的平均直徑，其中所述第一透明粒子在具有第一折射率的第一粘結劑中，所述第一透明粒子具有高於所述第一折射率的第二折射率。
[0214]20.在本發明技術方案19的發明的基礎上的結構，其中所述第一粒子具有小於300nm的平均直徑。
[0215]21.在本發明技術方案19的發明的基礎上的結構，其進一步包括:
[0216]第二透鏡，其形成於所述第一透鏡上方，所述第二透鏡由第二透鏡材料形成，所述第二透鏡材料沉積於所述第一透鏡上方接著經固化，所述第二透鏡的底部表面符合所述第一透鏡的頂部表面，所述第二透鏡具有低於所述第二折射率的第三折射率。
[0217]22.在本發明技術方案21的發明的基礎上的結構，其中所述第二透鏡包括在第二粘結劑中的對可見光透明的第二粒子，其中所述第二粒子近似具有所述第三折射率，且所述第二粘結劑也近似具有所述第三折射率。
[0218]用潤溼方法與PV面板中的矽微球體的頂部分離以使陽極導體與陰極導體絕緣的電介質(DIELECTRIC WETTING OFF TOPS OF SILICON MICROSPHERES IN PV PANEL TO INSULATEANODE AND CATHODE CONDUCTORS)。圖 6 及 7。馬克 M.洛文塔爾(Mark M.Lowenthal)、特裡西婭 A.楊布爾(Tricia A.Youngbull)、鄭立新(Lixin Zheng)。
[0219]1.一種用於形成太陽能電池結構的方法，其包括:
[0220]在大氣壓下在襯底上沉積多個半導體粒子，所述粒子具有用於暴露於陽光以產生電力的頂部表面部分且具有底部表面部分；
[0221]提供電接觸所述底部表面部分的第一導體，所述底部表面部分具有第一導電性類型；
[0222]在所述第一導體上方及在所述粒子的所述頂部表面部分上方沉積電介質層；
[0223]通過毛細管作用用芯吸方法使實質上所有所述電介質層與所述頂部表面部分分離以便沿著所述粒子的邊緣匯集；
[0224]在大氣壓下在所述頂部表面部分上方沉積第一材料層，所述第一材料層含有第二導電性類型的摻雜劑；
[0225]加熱所述第一材料層以用所述第二導電性類型的所述摻雜劑摻雜所述頂部表面部分；
[0226]在大氣壓下移除所述第一材料層；及
[0227]在電接觸所述頂部表面部分的所述電介質層上方沉積第二導體。
[0228]2.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中所述加熱所述第一材料層以用所述第二導電性類型的所述摻雜劑摻雜所述頂部表面部分的步驟包括使用雷射器來加熱所述第一材料層。
[0229]蝕刻PV面板中的矽二極體以暴露用於導體觸點的其內核心(ETCHING SILICONDIODES IN PV PANEL TO EXPOSE THEIR INNER CORE FOR CONDUCTOR CONTACT)。圖 17 到 20。特裡西姬 A.楊布爾(Tricia A.Youngbull)、西奧多 1.卡明斯(Theodore 1.Kamins)。
[0230] 1.一種用於形成太陽能電池結構的方法，其包括:[0231]在襯底上沉積適於將太陽光轉換為電力的多個二極體，所述二極體具有用於暴露於陽光的頂部表面部分且具有底部表面部分，
[0232]其中在沉積所述多個二極體之前，所述二極體具有:核心部分，其具有第一導電性類型；及外殼體，其具有另一導電性類型；
[0233]蝕刻所述二極體的所述頂部表面部分以移除所述外殼體的一部分以暴露所述核心部分；
[0234]在所述底部表面部分處提供電接觸所述外殼體的第一導體；
[0235]在至少圍繞所述二極體的所述第一導體上方沉積電介質層；及
[0236]沉積電接觸所述所暴露核心部分的第二導體。
[0237]2.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中所述二極體具有小於300微米的平均直徑。
[0238]3.在本發明技術方案I的發明的基礎上 的方法，其中所述二極體在沉積於所述襯底上之前具有n+型外殼體及P型或固有核心。
[0239]4.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中所述二極體在沉積於所述襯底上之前具有P型外殼體及η型或固有核心。
[0240]5.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中所述二極體在沉積於所述襯底上之前具有P+型外殼體及P型或固有核心。
[0241]6.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中所述二極體在沉積於所述襯底上之前具有η+型外殼體及η型或固有核心。
[0242]7.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其進一步包括在已沉積所述二極體之後摻雜所述外殼體或所述核心。
[0243]8.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中所述第一導體是在沉積所述多個二極體之前形成於所述襯底上的金屬層，且所述二極體的所述底部表面部分電接觸所述金屬層。
[0244]9.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中所述第一導體是在沉積所述多個二極體之後形成於所述襯底上的金屬層。
[0245]10.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中所述第二導體是沉積於所述所暴露核心部分上方的透明導體層。
[0246]11.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中通過印刷而沉積所述二極體。
[0247]12.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中所述蝕刻所述頂部表面部分、提供所述第一導體、沉積所述電介質層及沉積所述第二導體的步驟均在不遮蔽所述二極體的情況下執行且在大氣壓下執行。
[0248]13.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中所述二極體是實質上球形的且具有小於300微米的平均直徑。
[0249]14.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中所述襯底包括為所述第一導體的金屬層。
[0250]15.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中所述二極體在沉積於所述襯底上之前具有η+類型外殼體及P型核心，所述方法進一步包括:[0251]在蝕刻所述二極體的所述頂部表面部分以暴露所述核心部分之後，在所述二極體上方沉積含鋁層；
[0252]加熱所述含鋁層以進一步對所述所暴露核心部分進行P+摻雜 '及
[0253]蝕刻所述含鋁層以暴露所述二極體的所述頂部表面部分以形成所述第一導體。
[0254]16.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其進一步包括在所述二極體的所述頂部表面部分上方沉積液體透鏡材料及使所述透鏡材料固化以形成具有符合所述二極體的所述頂部表面部分的底部表面的透鏡。
[0255]17.—種太陽能電池結構，其包括:
[0256]多個二極體，其在襯底上，適於將太陽光轉換為電力，所述二極體具有用於暴露於陽光的頂部表面部分且具有底部表面部分，所述二極體具有:核心部分，其具有第一導電性類型；及外殼體，其具有另一導電性類型；
[0257]所述二極體的所述頂部表面部分，其被蝕刻掉以移除所述外殼體的一部分以暴露所述核心部分；
[0258]第一導體層，其在所述底部表面部分處電接觸所述外殼體；
[0259]電介質層，其在至少圍繞所述二極體的所述第一導體上方；及
[0260]第二導體層， 其在電接觸所述所暴露核心部分的所述電介質層上方。
[0261]18.在本發明技術方案17的發明的基礎上的結構，其中所述二極體具有小於300微米的平均直徑。
[0262]19.在本發明技術方案17的發明的基礎上的結構，其中所述二極體具有n+型外殼體及P型核心。
[0263]20.在本發明技術方案17的發明的基礎上的結構，其中所述二極體具有P型外殼體及η型或固有核心。
[0264]21.在本發明技術方案17的發明的基礎上的結構，其中所述二極體具有P+型外殼體及P型或固有核心。
[0265]22.在本發明技術方案17的發明的基礎上的結構，其中所述二極體具有η+型外殼體及η型或固有核心。
[0266]23.在本發明技術方案17的發明的基礎上的結構，其中所述第一導體是形成於所述襯底上的金屬層，且所述二極體部分嵌入所述金屬層中。
[0267]24.在本發明技術方案17的發明的基礎上的結構，其中所述第二導體層是沉積於所述所暴露核心部分上方的透明導體層。
[0268]25.在本發明技術方案17的發明的基礎上的結構，其進一步包括在所述二極體的所述頂部表面部分上方的透鏡，所述透鏡作為液體而沉積且經固化，從而致使所述透鏡具有符合所述二極體的所述頂部表面部分的底部表面。
[0269]將半導體球體沉積於未固化含鋁層中以形成球體的實質上緊密堆積的單層(DEPOSITING SEMICONDUCTOR SPHERES IN AN UNCURED ALUMINUM-CONTAINING LAYER TO FORM ASUBSTANTIALLY CLOSED PACKED MONOLAYER OF SPHERES)。圖 3 到 10。馬克E 洛文塔爾(MarkM.Lowenthal)、愛德華 W.卡爾斯(Edward ff.Kahrs)、薇拉 N.洛基特(Vera N.Lockett)、威廉J.雷(William J.Ray)、霍華德納爾遜(Howard Nelson)、特裡西婭A.楊布爾(TriciaA.Youngbull)。[0270]1.一種用於形成太陽能電池結構的方法，其包括:
[0271]提供實質上扁平襯底；
[0272]在所述襯底上方沉積含鋁層，所述含鋁層是未固化的；
[0273]在所述未固化含鋁層上沉積多個半導體粒子，使得所述粒子部分嵌入所述含鋁層中，所述粒子具有用於暴露於陽光以產生電力的頂部表面部分且具有底部表面部分；
[0274]加熱所述含鋁層以至少部分地燒結所述含鋁層，所述底部表面部分具有第一導電性類型，其中所述含鋁層是電接觸所述底部表面部分的導體，其中所述半導體粒子在所述含鋁層上方形成單層；
[0275]在所述含鋁層的所暴露部分上方沉積電介質層；及
[0276]在電接觸所述頂部表面部分的所述電介質層上方沉積導體，所述頂部表面部分具有第二導電性類型，
[0277]其中至少在所述於所述電介質層上方沉積所述導體的步驟之後，所述半導體粒子是適於將太陽光轉換為電力的多個二極體。
[0278]2.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中使用塗覆方法將所述多個半導體粒子組裝於所述未固化含鋁層上方的所述單層中。
[0279]3.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其進一步包括在原位摻雜所述半導體粒子的所述頂部表面部 分以形成二極體。
[0280]4.在本發明技術方案3的發明的基礎上的方法，其中用η型摻雜劑摻雜所述頂部表面部分。
[0281]5.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中所述半導體粒子在最初沉積於所述未固化含鋁層上時為P型。
[0282]6.在本發明技術方案5的發明的基礎上的方法，其進一步包括在所述頂部表面部分上方沉積磷層且加熱所述磷層以使η型摻雜劑擴散到所述頂部表面部分中。
[0283]7.在本發明技術方案6的發明的基礎上的方法，其進一步包括在於所述電介質層上方沉積所述導體之前移除所述磷層。
[0284]8.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中加熱所述含鋁層使P型摻雜劑擴散到所述半導體粒子的所述底部表面部分中。
[0285]9.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中所述半導體粒子是具有為所述第一導電性類型的核心部分及為所述第二導電性類型的外殼體的二極體。
[0286]10.在本發明技術方案9的發明的基礎上的方法，其進一步包括蝕刻掉所述半導體粒子的頂部表面以在沉積所述導體之前暴露所述核心部分，其中所述導體接觸所述核心部分。
[0287]11.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中所述半導體粒子是具有為所述第二導電性類型的核心部分及為所述第一導電性類型的外殼體的二極體。
[0288]12.在本發明技術方案11的發明的基礎上的方法，其進一步包括蝕刻掉所述半導體粒子的頂部表面以在沉積所述導體之前暴露所述核心部分，其中所述導體接觸所述核心部分。
[0289]13.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中所述導體是透明導體。
[0290]14.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中所述半導體粒子是實質上球形的且具有小於300微米的平均直徑。
[0291]15.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中所述襯底是電介質。
[0292]16.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中所述襯底是導電的。
[0293]17.—種太陽能電池結構，其包括:
[0294]實質上扁平襯底；
[0295]含鋁層，其在所述襯底上方，所述含鋁層在沉積時是未固化的；
[0296]多個半導體粒子，其部分嵌入所述未固化含鋁層中，所述粒子具有用於暴露於陽光以產生電力的頂部表面部分且具有底部表面部分，所述含鋁層經加熱以至少部分地燒結所述含鋁層，所述底部表面部分具有第一導電性類型，其中所述含鋁層是電接觸所述底部表面部分的導體；
[0297]電介質層，其在所述含鋁層的所暴露部分上方；及
[0298]導體，其在電接觸所述頂部表面部分的所述電介質層上方，所述頂部表面部分具有第二導電性類型， [0299]其中所述半導體粒子是適於將太陽光轉換為電力的多個二極體。
[0300]18.在本發明技術方案17的發明的基礎上的結構，其中所述多個半導體粒子組裝於所述含鋁層上方的單層中。
[0301]19.在本發明技術方案17的發明的基礎上的結構，其中所述頂部表面部分摻雜有η型摻雜劑且所述底部表面部分為P型。
[0302]20.在本發明技術方案17的發明的基礎上的結構，其中所述半導體粒子是具有為所述第二導電性類型的核心部分及為所述第一導電性類型的外殼體的二極體。
[0303]21.在本發明技術方案17的發明的基礎上的結構，其中所述半導體粒子是實質上球形的且具有小於300微米的平均直徑。
[0304]22.在本發明技術方案17的發明的基礎上的結構，其中所述襯底是電介質。
[0305]23.在本發明技術方案17的發明的基礎上的結構，其中所述襯底是導電的。
[0306]PV面板中的矽微球體中的低溫背面場形成(LOW TEMPERATURE BACK SURFACE FIELDFORMATION IN SILICON MICROSPHERES IN A PV PANEL)。圖 3 到 6。特裡西婭A.楊布爾(TriciaA.Youngbull)、西奧多 1.卡明斯(Theodore 1.Kamins)、薇拉 N.洛基特(Vera N.Lockett)、馬修格斯(Matthew Gess)。
[0307]1.一種用於形成太陽能電池結構的方法，其包括:
[0308]提供實質上扁平襯底；
[0309]在所述襯底上方沉積含鋁層，所述含鋁層是未固化的；
[0310]在所述未固化含鋁層上沉積多個半導體粒子，使得所述粒子部分嵌入所述含鋁層中，所述粒子具有用於暴露於陽光以產生電力的頂部表面部分且具有底部表面部分；
[0311]加熱所述含鋁層以使P型摻雜劑擴散到所述底部表面部分中以形成背面場，其中所述含鋁層是電接觸所述底部表面部分的導體，其中所述半導體粒子在所述含鋁層上方形成單層；
[0312]在所述含鋁層的所暴露部分上方沉積電介質層；及
[0313]在電接觸所述頂部表面部分的所述電介質層上方沉積導體，所述頂部表面部分具有第二導電性類型，[0314]其中至少在所述於所述電介質層上方沉積所述導體的步驟之後，所述半導體粒子是適於將太陽光轉換為電力的多個二極體。
[0315]在PV面板中的半導體球體上方沉積摻雜層且使用雷射退火來擴散摻雜劑(DEPOSIT DOPING LAYER OVER SEMICONDUCTOR SPHERESIN A PV PANEL AND DIFFUSING DOPANTSUSING LASER ANNEALING)。圖 8 到 10。特裡西婭 A.楊布爾(Tricia A.Youngbull)、理察A.布蘭查德(Richard A.Blanchard)、西奧多 1.卡明斯(Theodore 1.Kamins)、威廉 J.雷(William J.Ray)。
[0316]1.一種用於形成太陽能電池結構的方法，其包括:
[0317]在大氣壓下在襯底上沉積多個半導體粒子，所述粒子具有用於暴露於陽光以產生電力的頂部表面部分且具有底部表面部分；
[0318]提供電接觸所述底部表面部分的第一導體，所述底部表面部分具有第一導電性類型；
[0319]在所述第一導體上方沉積電介質層；
[0320]在大氣壓下在所述頂部表面部分上方沉積第一材料層，所述第一材料層含有第二導電性類型的摻雜劑；
[0321]加熱所述第一材料層以用所述第二導電性類型的所述摻雜劑摻雜所述頂部表面部分；
[0322]在大氣壓下移除所述第一材料層；及
[0323]在電接觸所述頂部表面部分的所述電介質層上方沉積第二導體。
[0324]2.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中所述第一材料層包括磷，且所述第二導電性類型的所述摻雜劑是η型摻雜劑。
[0325]3.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中所述第一導體是金屬層。
[0326]4.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中所述提供所述第一導體的步驟包括在所述襯底上方沉積含鋁層，所述含鋁層是未固化的，且其中所述沉積所述多個半導體粒子的步驟包括:
[0327]在所述未固化含鋁層上沉積所述多個半導體粒子，使得所述粒子部分嵌入所述含鋁層中 '及
[0328]加熱所述含鋁層以至少部分地燒結所述含鋁層且用P型摻雜劑摻雜所述底部表面部分。
[0329]5.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中所述第一導體是金屬層，且所述多個半導體粒子使用印刷工藝組裝於所述金屬層上方的單層中。
[0330]6.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中所述半導體粒子在最初沉積於所述襯底上時為P型，其中所述加熱所述第一材料層的步驟用η型摻雜劑摻雜所述頂部表面部分以將所述半導體粒子轉換為二極體。
[0331]7.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中所述第二導體是透明導體。
[0332]8.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中所述半導體粒子具有小於300微米的平均直徑。
[0333]9.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中所述襯底是電介質且所述第一導體是所述襯底上方的金屬層。[0334]10.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中所述襯底是實質上扁平的，其中所述第一導體是所述襯底上方的金屬層，其中所述半導體粒子具有小於300微米的平均直徑，且其中所述在所述襯底上沉積所述多個半導體粒子的步驟包括在所述金屬層上印刷所述半導體粒子。
[0335]11.在本發明技術方案10的發明的基礎上的方法，其中所述半導體粒子隨機地位於所述金屬層上方。
[0336]12.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中所述沉積所述多個半導體粒子的步驟、所述提供所述第一導體的步驟、所述沉積所述第一層的步驟及所述沉積所述第二導體的步驟均全部通過印刷而執行。
[0337]13.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中不存在所述方法中所涉及的遮蔽步驟。
[0338]14.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中所述在所述第一導體上方沉積所述電介質層的步驟還包括在所述粒子的所述頂部表面部分上方沉積所述電介質層，及通過毛細管作用用芯吸方法使實質上所有所述電介質層與所述頂部表面部分分離以便沿著所述粒子的邊緣匯集。
[0339]15.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中所述加熱所述第一材料層以用所述第二導電性類型的所述摻雜劑摻雜所述頂部表面部分的步驟包括使用雷射器來加熱所述第一材料層。
[0340]16.—種太陽能電池結構，其包括: [0341]襯底；
[0342]多個半導體粒子，其在所述襯底上，所述粒子具有用於暴露於陽光以產生電力的頂部表面部分且具有底部表面部分，所述粒子具有第一導電性類型，其中所述粒子的所述頂部表面部分在原位經摻雜為第二導電性類型，所述頂部表面部分在其上方不具有摻雜層；
[0343]第一導體，其電接觸所述底部表面部分，所述底部表面部分具有所述第一導電性類型；
[0344]電介質層，其在所述第一導體上方；及
[0345]第二導體，其在電接觸所述頂部表面部分的所述電介質層上方，
[0346]其中所述半導體粒子是適於將太陽光轉換為電力的多個二極體。
[0347]17.在本發明技術方案16的發明的基礎上的結構，其中所述第一導體是金屬層且所述半導體粒子組裝於所述金屬層上方的單層中。
[0348]18.在本發明技術方案16的發明的基礎上的結構，其中所述頂部表面部分摻雜有η型摻雜劑且所述底部表面部分為P型。
[0349]19.在本發明技術方案16的發明的基礎上的結構，其中所述半導體粒子是實質上球形的且具有小於300微米的平均直徑。
[0350]20.在本發明技術方案16的發明的基礎上的結構，其中所述第二導體是透明導體。
[0351]21.在本發明技術方案16的發明的基礎上的結構，其中所述襯底是電介質且所述第一導體是所述襯底上方的金屬層。[0352]用芯吸方法使電介質層與半導體球體的頂部分離且摻雜PV面板中的所暴露球體(WICKING DIELECTRIC LAYER OFF TOPS OF SEMICONDUCTOR SPHERES AND DOPING EXPOSEDSPHERES IN PV PANEL)。圖 6 到 10。特裡西婭 A.楊布爾(Tricia A.Youngbull)、西奧多
1.卡明斯(Theodore 1.Kamins)、理察 Α.布蘭查德(Richard A.Blanchard)。
[0353]1.一種用於形成太陽能電池結構的方法，其包括:
[0354]在大氣壓下在襯底上沉積多個半導體粒子，所述粒子具有用於暴露於陽光以產生電力的頂部表面部分且具有底部表面部分；
[0355]提供電接觸所述底部表面部分的第一導體，所述底部表面部分具有第一導電性類型；
[0356]在所述第一導體上方及在所述粒子的所述頂部表面部分上方沉積電介質層；
[0357]通過毛細管作用用芯吸方法使實質上所有所述電介質層與所述粒子的所述頂部表面部分分離以便沿著所述粒子的邊緣匯集；
[0358]在大氣壓下在所述頂部表面部分上方沉積第一材料層，所述第一材料層含有第二導電性類型的摻雜劑；
[0359]加熱所述第一材料層以用所述第二導電性類型的所述摻雜劑摻雜所述頂部表面部分；
[0360]在大氣壓下移除所述第一材料層；及
[0361] 在電接觸所述頂部表面部分的所述電介質層上方沉積第二導體。
[0362]2.在本發明技術方案I的發明的基礎上的方法，其中所述加熱所述第一材料層以用所述第二導電性類型的所述摻雜劑摻雜所述頂部表面部分的步驟包括使用雷射器來加熱所述第一材料層。
【權利要求】
1.一種太陽能電池結構，其包括: 一或多個二極體，其在襯底上，適於將太陽光轉換為電力，所述二極體具有用於暴露於陽光的第一表面部分，所述二極體具有由具有第一折射率的第一材料形成的外表面； 第一透鏡層，其上覆所述第一表面部分，所述第一透鏡層包括具有小於300nm的平均第一直徑的透明第一粒子，所述第一粒子具有小於所述第一折射率的第二折射率；及 第二透鏡層，其上覆所述第一透鏡層，所述第二透鏡層包括具有大於所述第一直徑的平均第二直徑的透明第二粒子，所述第二粒子具有小於所述第二折射率的第三折射率。
2.根據權利要求1所述的結構，其中所述第一粒子具有介於50nm到300nm之間的平均直徑。
3.根據權利要求1所述的結構，其中所述第一粒子具有大於或等於1.7的折射率。
4.根據權利要求3所述的結構，其中所述第一粒子經摻雜以具有介於1.7到2.4之間的折射率。
5.根據權利要求3所述的結構，其中所述第一粒子被灌注於具有小於1.7的折射率的 第一聚合物中。
6.根據權利要求3所述的結構，其中所述第二粒子具有小於或等於1.43的折射率。
7.根據權利要求3所述的結構，其中所述第二粒子被灌注於具有大約等於所述第二粒子的所述折射率的折射率的第二聚合物中。
8.根據權利要求1所述的結構，其中所述第二透鏡層形成大約半球形透鏡。
9.根據權利要求1所述的結構，其進一步包括具有不同折射率的一或多個額外透鏡層以形成較精細漸變透鏡以進一步減小反射。
10.根據權利要求1所述的結構，其中所述第一粒子及所述第二粒子是經摻雜玻璃粒子。
11.根據權利要求1所述的結構，其進一步包括沉積於所述第一表面部分上方的量子點層，所述量子點層將所述太陽光的UV波長轉換為所發射可見波長，其中所述一或多個二極體將所述所發射可見波長轉換為電力，其中所述第一透鏡層及所述第二透鏡層形成於所述量子點層上方。
12.根據權利要求1所述的結構，其中所述一或多個二極體包括襯底上的多個矽球體，所述二極體具有第一導電性類型的頂部表面及第二導電性類型的底部表面，所述第一透鏡層及所述第二透鏡層沉積於所述二極體的所述頂部表面上方。
13.根據權利要求1所述的結構，其中所述第一透鏡層符合所述二極體的所述第一表面部分的輪廓，且其中所述第二透鏡層符合所述第一透鏡層的頂部表面。
14.一種太陽能電池結構，其包括: 一或多個二極體，其在襯底上，適於將太陽光轉換為電力，所述二極體具有用於暴露於陽光的第一表面部分，所述二極體具有由具有第一折射率的第一材料形成的外表面； 單個透鏡層，其上覆所述第一表面部分，所述透鏡層包括具有小於300nm的平均第一直徑的透明第一粒子，所述粒子具有小於所述第一折射率的第二折射率；且 所述透鏡層進一步包括具有小於所述第二折射率的第三折射率的粘結劑材料，所述粘結劑材料含有所述第一粒子， 其中與所述第一粒子在距所述二極體的所述第一表面部分較遠處的密度相比，所述第一粒子在接近於所述第一表面部分處具有較高密度，以致使所述透鏡在接近所述第一表面部分處具有高於距所述第一表面部分較遠處的折射率的折射率， 且其中所述透鏡層符合所述二極體的所述第一表面部分的輪廓。
15.根據權利要求14所述的結構,其中所述粒子具有介於50nm到300nm之間的平均直徑。
16.根據權利要求14所述的結構，其中所述粒子具有大於或等於1.7的折射率。
17.根據權利要求14所述的結構，其中所述粒子經摻雜以具有介於1.7到2.4之間的折射率。
18.根據權利要求14所述的結構，其中所述粒子被灌注於具有小於1.7的折射率的第一聚合物中。
19.根據權利要求14所述的結構，其中所述粒子是經摻雜玻璃粒子。
20.根據權利要求14所述的結構，其進一步包括沉積於所述第一表面部分上方的量子點層，所述量子點層將所述太陽光的UV波長轉換為所發射可見波長，其中所述一或多個二極體將所述所發射可見波長轉換為電力，其中所述透鏡層形成於所述量子點層上方。
21.根據權利要求14所述的結構，其中所述一或多個二極體包括襯底上的多個矽球體，所述二極體具有第一導電性類型的頂部表面及第二導電性類型的底部表面，所述透鏡層沉積於所述二極體的所述頂部表面上方。
22.根據權利要求14所述的結構，其中所述粘結劑材料還含有具有小於所述第二折射率且大於所述第三折射率的第四折射率的第二粒子，所述第一粒子在接近所述二極體的所述第一表面部分處的濃度大於所述第二粒子的濃度以形成漸變折射率透鏡層。
23.—種形成太陽能電池結構的方法，其包括: 在襯底上沉積適於將太陽光轉換為電力的多個矽二極體，所述二極體具有用於暴露於陽光的第一表面部分，所述二極體具有由具有第一折射率的第一材料形成的外表面； 沉積上覆所述第一表面部分的第一透鏡層，所述第一透鏡層包括具有小於300nm的平均第一直徑的透明第一粒子，所述第一粒子具有小於所述第一折射率的第二折射率；及沉積上覆所述第一透鏡層的第二透鏡層，所述第二透鏡層包括具有大於所述第一直徑的平均第二直徑的透明第二粒子，所述第二粒子具有小於所述第二折射率的第三折射率。
24.根據權利要求23所述的方法，其中所述第一粒子具有介於20nm到300nm之間的平均直徑。
25.根據權利要求23所述的方法，其中所述第一粒子具有大於或等於1.7的折射率。
26.根據權利要求23所述的方法，其中所述第一粒子經摻雜以具有大約1.7到1.9的折射率。
27.根據權利要求23所述的方法，其中將所述第一粒子灌注於具有小於1.7的折射率的第一聚合物中。
28.根據權利要求23所述的方法，其中所述第二粒子具有小於或等於1.43的折射率。
29.根據權利要求23所述的方法，其中將所述第二粒子灌注於具有大約等於所述第二粒子的所述折射率的折射率的第二聚合物中。
30.根據權利要求23所述的方法，其中所述第二透鏡層形成大約半球形透鏡。
31.根據權利要求23所述的方法，其中所述第一粒子及所述第二粒子是經摻雜玻璃粒子。
32.根據權利要求23所述的方法，其進一步包括在所述第一表面部分上方沉積量子點層，所述量子點層將所述太陽光的UV波長轉換為所發射可見波長，其中所述一或多個二極體將所述所發射可見波長轉換為電力，其中所述第一透鏡層及所述第二透鏡層形成於所述量子點層 上方。
【文檔編號】H01L31/18GK104025317SQ201280062353
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2012年12月18日 優先權日:2011年12月19日
【發明者】特裡西婭·A·揚布爾, 威廉·J·雷, 鄭立新, 馬克·M·洛溫塔爾, 薇拉·N·洛基特, 西奧多·I·卡明斯, 尼爾·O·肖頓 申請人:尼斯迪格瑞科技環球公司