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CN101405088A - 硅纳米颗粒光伏装置 - Google Patents

硅纳米颗粒光伏装置 Download PDF

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CN101405088A
CN101405088A CNA200680042011XA CN200680042011A CN101405088A CN 101405088 A CN101405088 A CN 101405088A CN A200680042011X A CNA200680042011X A CN A200680042011XA CN 200680042011 A CN200680042011 A CN 200680042011A CN 101405088 A CN101405088 A CN 101405088A
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light
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CNA200680042011XA
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穆尼尔·H·内费
马修·斯图普卡
特基·阿尔索德
穆罕麦德·阿尔萨利
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Abstract

一种将光转换成电力的光伏装置，包括硅纳米颗粒膜(16，26，36)。该硅纳米颗粒膜可以是多层膜，具有光致发光响应并将光和电耦合到半导体层内。本发明的光伏装置的具体示例包括太阳能电池，该太阳能电池接收并将预定波长范围的光转换成电力。包含发光硅纳米颗粒的膜光学耦合到该太阳能电池。该膜具有预定厚度。该膜响应于入射辐射并在预定波长范围内产生光学耦合到太阳能电池内的光或电响应。在优选实施例中，该膜另外或者备选地电学耦合到该太阳能电池，该膜产生电学耦合到该太阳能电池内的电荷响应。

Description

硅纳米颗粒光伏装置
技术领域
本发明涉及光伏装置。
背景技术
光伏装置将光转换成电势。太阳能电池是常见的光伏装置，广泛用于将光能转换成电势。太阳能电池的目前使用受到太阳能电池效率低的限制。典型的结晶太阳能电池在1.35kW/m2的空间照射下具有约15％的效率。最好的商用电池的效率为19％。
太阳能电池在小规模应用例如MEM装置中提供小的电压电势。然而，使用受到效率低的限制。低水平的效率还使得太阳能电池难以实施于便携电源中用于发电，以用于在需要便携电源的许多便携装置。
对于大规模发电，例如用于发电的电源，目前的太阳能电池的低效率使其使用成本与用于发电的传统电源相比过高。使用直接太阳光伏(PV)电力和当前的太阳能电池技术，成本远超过使用化石燃料来发电的成本。目前研究努力的目标是降低太阳能电池使用太阳光来发电的成本，使得发电的成本与使用化石燃料发电的成本相当。
商用硅(Si)太阳能电池的主要问题在于，小于40％的太阳光有效地耦合到形成商用光伏电池的基底的Si半导体。硅太阳能电池通过光伏效应将太阳光能量转换成直流(DC)电能。由于太阳光入射在硅晶体膜的顶面上，入射光能量被用于从硅原子释放电子，使该电子在晶体内部游走(wander)。通过特殊接触设计，这些电子被利用成为电流用于电子仪表或仪器的工作。
其它光伏半导体包括碲化镉(CdTe)和二硒化铜铟(CuInSe2)。已经研究了在各种廉价衬底上应用成为薄膜的半导体。使用薄膜技术的PV产品的示例包括背包客和乘船者使用的光伏屋面瓦和轻质挠性面板。
硅基PV是最有吸引力的材料体系，因为Si是最充足的材料且是毒性最小的。此外，Si提供了将太阳能电源集成到硅制作的电子装置中的机会，这使得硅仍是最广泛使用的半导体制作材料。
硅作为光伏转换器的效率低。硅是间接带隙材料，带隙为1.1eV。因此，光子能量小于1.1eV的长波长红外光(波长大于1.124μm)不具有从Si原子释放电子所需的阈值能量。此外，深红辐射在电池内大部分转换成热量。另一方面，例如光谱紫外部分的短波长光超过足以形成电子空穴对的能量。多余的能量被传递到电荷载流子并作为热量散逸。
结晶硅具有较低的吸收系数，介于102和104cm-1之间，这意味着需要约200μm的厚度来吸收大部分太阳光。然而，电流的有效收集受到厚的电池的阻碍。在薄硅中提供足够光吸收的问题已经成为一个研究领域。纹理化太阳能电池表面的示例性技术已经表明，薄至50μm的电池可能是有效的。
提出的增大太阳能电池效率的技术在许多情形下结果不理想。尽管付出许多研究努力，不过仍缺乏商用上可行的实用技术。由Berkeley的研究生Becca Jones，Mike Scarpulla，Jessy Baker，Kevin Sivula，and Kirstin Alveri在互联网发表的一个研究，题为“Nanocrystalline Luminescent Solar Converters”，C226 Photovoltaic Materials，日期为2004年12月6日，描述了将短波长光耦合到太阳能电池中的技术研究。该研究描述了将一层CdSe/CdS的核心/壳层纳米棒涂覆到Sunpower Corp生产的高效率PV电池上以提高效率。报道了效率未见提高。研究者建议进一步研究传统硅PV电池，将纳米棒嵌在诸如玻璃或透明氧化物或氮化物层的透明介质内。
美国公开专利申请US2004/0126582，2004年7月1日，披露了使用有机聚合物来分散纳米颗粒，包括硅纳米颗粒。硅纳米颗粒嵌在聚合物母体内，该聚合物母体用于防止颗粒聚集或者形成密排(closely packing)膜。太阳能电池描述成包含其中具有分散颗粒的一个或一系列聚合物层，包括具有不同尺寸的发光硅颗粒的层，具有特征红、绿和蓝发光响应。
其它研究者提出多孔硅层，多孔硅层的硅纳米结构作为有源层而层叠在硅太阳能电池上方。不过，使用多孔层缺乏对纳米结构分布的控制；多孔硅层通常是由延展到几十纳米尺寸的随机和宽广的尺寸和形状分布组成，这限制了电荷分离和收集或者光传播横过膜。此外，多孔层为厚层，这会干涉底下的电池的操作。目前，仅仅对于使用多孔Si作为Si太阳能电池的抗反射涂层，才获得可接受的结果。(参考例如″Porous silicon in solar cell structures：a review of achievements and modern directions of further use，″Yerokhov V.Y.；Melnyk I.I.，Renewable and Sustainable Energy Reviews 3，291-322(32)，(1999)；″Antireflective porous-silicon coating for multicrystalline solar cells：theeffects of chemical etching and rapid thermal process，″R J Martín-Palma，LVázquez，J M Martínez-Duart，M Schnell and S Schaefer，Semicond.Sci.Technol.16 657-661(2001)；G.Kopitkovas，I.Mikulskas，K.Grigoras，I.Dimkienё，R.
Figure A20068004201100061
“Solar cells with porous silicon：modification of surfacerecombination velocity，”Appl.Phys.A 73，495-501(2001))。
在用于提高太阳能电池效率另一种提出的技术中(参考例如V.
Figure A20068004201100062
A.Slaoui，J.-C.Muller，Thin Solid Films，451-452，384-388(2004))，硅纳米晶体离位(ex situ)制备(粉碎电化学蚀刻的多孔硅)，嵌在旋涂玻璃抗反射SiO2基溶液中并随后旋涂在标准硅太阳能电池上。Si-nc/SiO2层目的是用作发光降频转换器(down-converter)。通过高温毁坏纳米颗粒来观察其效果，通过这种间接方式研究对太阳能电池性能(内量子效率、电流-电压特性)的影响。报道了效率的提高。然而，还报道了从基于硅纳米晶的系统得到的贡献相当弱。这可能首先是由于所结合的纳米材料的比例限制在百分之几。换言之，这种方法的问题在于硅纳米颗粒与玻璃结合成复合物，导致低密度的纳米颗粒，约为复合物的1％。其次，复合物中颗粒的尺寸分布宽，因为目前的合成技术缺乏对尺寸或形状的控制。第三，母体材料可能不够平滑以提供光学限制和折射率匹配。
发明内容
用于将光转换成电力的优选实施例的光伏装置包括太阳能电池。在该优选实施例中，太阳能电池接收并将预定波长范围的光转换成电力。包含发光硅纳米颗粒的膜光学耦合到该太阳能电池。该膜具有预定厚度。该膜响应于入射辐射并在预定波长范围内产生光学耦合到太阳能电池内的光响应。在优选实施例中，该膜另外或者备选地电学耦合到该太阳能电池，该膜产生电学耦合到该太阳能电池内的电荷响应。
本发明的另一优选实施例使用硅纳米颗粒膜，例如单层或多层膜，以将光转换成电而不使用太阳能电池。在该装置中，硅纳米颗粒膜电学接触和分离两层导电膜。该导电膜基本上透明且位于基板上。硅纳米颗粒膜在该导电膜内感应产生电荷。
附图说明
图1A为本发明优选实施例光伏太阳能电池的示意性剖面图；
图1B为本发明另一优选实施例光伏太阳能电池的示意性剖面图；
图1C为本发明另一优选实施例光伏装置的示意性剖面图；
图2为用于形成硅纳米颗粒薄膜以形成实验原型光伏太阳能电池的1nm硅纳米颗粒胶体的光致发光曲线；该胶体响应是针对来自300nm和360nm的非相干光源的辐射；
图3给出对于实验原型光伏太阳能电池在310nm、365nm和570nm(黄)的辐射，开路电压Voc响应的百分比变化与1nm纳米颗粒薄膜(由1nm颗粒组成)的厚度的函数；
图4给出对于1nm纳米颗粒膜实验原型光伏太阳能电池在310nm、365nm和570nm(黄)的辐射，短路电流Isc响应的百分比变化与1nm纳米颗粒薄膜(由1nm颗粒组成)的厚度的函数；
图5绘制在UV辐射下溶液中硅纳米颗粒(实线)的长时间稳定性，与蓝色染料(虚线和细实线)比较；
图6为用于形成硅纳米颗粒薄膜以形成实验原型光伏太阳能电池的2.85nm硅纳米颗粒胶体的光致发光曲线，该胶体响应是针对来自254nm和310nm的非相干光源的辐射；
图7给出对于实验原型光伏太阳能电池在254nm、310nm、365nm和570nm(黄)的辐射，电压响应Voc的百分比变化与2.85nm红纳米颗粒膜的厚度的函数；
图8给出在254nm、310nm、365nm和570nm(黄)的辐射，Isc响应的百分比变化厚度的函数；
图9A示出覆盖可见光谱的若干光源的光谱，每个光源提供约50W/m2的能量，这些光源用于测试具有2.85nm硅纳米颗粒薄膜的实验原型太阳能电池；
图9B和9C分别示出使用图9A的光谱来照射的实验原型太阳能电池的开路电压响应和短路电流响应。
具体实施方式
用于将光转换成电力的优选实施例的光伏装置包括太阳能电池。在优选实施例中，太阳能电池接收预定波长范围的光并将该预定波长范围的光转换成电力。包含发光硅纳米颗粒的膜光学耦合到该太阳能电池。该膜具有预定厚度。该膜响应于入射辐射并在预定波长范围内产生光学耦合到太阳能电池内的光响应。在优选实施例中，该膜另外或者备选地电学耦合到该太阳能电池，该膜产生电学耦合到该太阳能电池内的电荷响应。
本发明的另一优选实施例使用硅纳米颗粒膜，例如单层或多层膜，以将光转换成电而不使用太阳能电池。在该装置中，硅纳米颗粒膜电学接触和分离两层导电膜。该导电膜基本上透明且位于基板上。硅纳米颗粒膜在该导电膜内感应产生电荷。
本发明的优选的光伏太阳能电池使用均匀尺寸的发光硅纳米颗粒来耦合短波长光并在纳米颗粒内产生电子-空穴对，该电子-空穴对在纳米颗粒内复合以产生可见光。均匀尺寸的发光硅纳米颗粒与太阳能电池直接折射率匹配(index match)，因为二者均由硅制成，允许高密度的密排膜直接集成在电池上。
本发明的光伏太阳能电池的制作方法提供对纳米颗粒的尺寸和形状的控制，并提供对将被使用的硅纳米颗粒膜的排布、厚度和平整度的控制。该硅纳米颗粒膜对UV辐射非常敏感，且通过该硅纳米颗粒膜的发光响应而高效地降频转换太阳能电池内的UV辐射。
参考附图描述优选实施例。附图包括本领域技术人员可理解的示意性表示。附图未按比例绘制，且特征被夸大以用于说明的目的。在详细描述中，将讨论实验结果，且技术人员从该实验和数据以及变型和附加实施例可以理解本发明的更宽广范围。
图1A示出本发明优选实施例的太阳能电池10的示意性剖面图。该太阳能电池为结晶或多晶电池，基板12为掺杂有少量硼以获得正或p型特性(p型)的硅。薄硅膜14位于基板12顶部上，该薄硅膜14掺杂有例如磷以获得负或n型特性(n型)。硅纳米颗粒膜16把在太阳能电池的p-n结内不激励响应的辐射转换成激励响应的可见辐射，以提高太阳能电池的效率。同时，该膜将辐射转换成正电荷和负电荷，这些电荷被p-n结分离和收集。
反射/抗反射层18也可以用于辅助将附加的光致发光耦合到p-n结内。反射/抗反射层18被调谐(通过其材料特性)以透过UV光，并将从硅纳米颗粒膜发射的光致发光反射回到n型层14。
图1B示出本发明另一优选实施例太阳能电池20的示意性剖面图。该实施例涉及多层的硅纳米颗粒。在该实施例中，金属格栅和汇流线系统用于收集所产生的电荷。第一组格栅和汇流线敷设在n型层上，随后用包括一层或多层硅纳米颗粒层的多层膜26来覆盖。装置20内的多层膜26优选地包括Si3N4层的初始涂层，该初始涂层比格栅线薄得多且覆盖有密排硅纳米颗粒膜。该密排纳米颗粒膜的顶部为Si氮化物薄层。该膜电学连接到格栅。与第一组格栅和汇流线隔离的第二组格栅和汇流线沉积在该氮化物上，随后是一层尺寸更小的颗粒且其顶部为一层Si氮化物。可以重复该过程以得到另外两层的更小尺寸的光致发光硅纳米颗粒。尺寸的顺序按照下述方式选择，即，随着与p-n结距离的增大，该颗粒尺寸减小。硅纳米颗粒的离散尺寸族例如披露于2004年6月1日的美国专利6,743,406。此外，多层膜26可以结合薄的低温非晶硅层(5-10nm)，以增强对光谱可见部分的响应。
用于每层的格栅线互连备选地通过汇流线一起被分组，从而实现对级联配置的不同层的电荷分离和累积。按照所使用的颗粒的尺寸随着与p-n结距离的增大而减小的方式来选择层顺序。此外，薄低温非晶硅层(10nm)也可以结合在该多层系统内。该装置可以在300至400℃范围内的温度下退火以改善所有层。
图1C示出本发明优选光伏装置30的示意性剖面图。基板32为涂敷有薄透明导电膜的导电或非导电基板。基板32优选地是透明的且可以是刚性或挠性的。在优选实施例中，基板32为具有透明导电膜34的玻璃，该透明导电膜例如为银、铝、铜、锡等。金属膜如果足够薄(约5nm)则是透明的或者大致上透明，且其它导体例如氧化铟锡(ITO)在较厚膜时仍是透明或者大致上透明。来自上述的离散纳米颗粒族的光致发光硅纳米颗粒的膜36位于导电膜34上。膜36也可以是如上所述的多层膜，具有离散尺寸的纳米颗粒以及非晶硅的多层。另一透明导电膜38是由不同于该导电膜的金属或者另一导电材料形成，例如ITO、铝、铜等。在图1C的装置30中不需要分离的p-n结，且电流是由导电膜提供。
通过调整由BP Solarex制造的传统商用太阳能电池，依据图1B来制作示例性实验原型实施例。该商用太阳能电池为12cm×12cm的板。该板具有遍布该板的由银/铜合金制成的约50条格栅线(2.5mm间距)以收集电流。两条汇流线(约2mm宽度)横过该格栅线，该汇流线也是由银/铜形成。该格栅和汇流线系统设计成传输在太阳能板的整个区域上产生的电荷。1nm硅纳米颗粒的单层敷设在电池上。使用表面纹理测量系统(Dectak)分析该电池的形貌；分析表明银/铜格栅线的厚度大于氮化物涂层的厚度。因此所敷设的纳米结晶膜未与底下的装置电学隔离。最后，电池接触热沉。
在异丙醇(isopropyl)中制备基本上由1nm硅纳米颗粒组成的胶体。图2给出在来自为300nm和360nm的非相干UV光源照射下的1nm硅纳米颗粒胶体的光致发光。由于激励波长短于发射波长，光谱显示降频转换(从UV到可见辐射)。
隔离太阳能板的2cm×2cm部分。通过在有源表面上散布一定数量的颗粒胶体，使用1nm硅纳米颗粒的薄膜来覆盖太阳能板的有源区。该醇可以在环境条件下干燥，从而形成密排纳米颗粒的薄膜。应用1nm硅纳米颗粒胶体的其它技术包括喷射、旋涂和电镀。
在1nm硅纳米颗粒膜的形成之前及其形成之后测量太阳能电池的响应。通过保持光源和电池的相对位置固定并保持该太阳能电池连续地被UV光源照射(15至24小时)，由此形成用于测量的一致辐射条件。附加的胶体随后添加到电池上，并进行另外测量。该程序重复若干次以实现将响应与纳米颗粒有源膜的厚度增大直接关联。
在每个测量中，留有足够的时间以使响应达到稳态。通过监测开路电压Voc和短路电流Isc的变化来分析性能。通常，通过测量完整的电流-电压(I-V)关系来确定太阳能电池的性能，Isc和Voc为两个重要特性。另一方面，可以仅测量Isc和Voc值。使用乘积P＝I×V来计算所传输的功率，最大操作功率通常由P～0.75Isc×Voc给出。过大的厚度阻碍光传播以及电荷分离与收集。
我们在此仅测量Isc和Voc值。图3给出使用310nm、365nm和570nm(黄)的辐射，开路电压Voc响应的百分比变化与蓝纳米颗粒薄膜(由1nm颗粒组成)的厚度的函数。图4给出使用310nm、365nm和570nm(黄)的辐射，短路电流Isc响应的百分比变化与蓝纳米颗粒薄膜(由1nm颗粒组成)的厚度的函数。如图3和4所示，太阳能电池的响应随着纳米颗粒膜厚度的增大而先增大，但是随后变平坦且在大的厚度开始下降。
基于所配给的液体的浓度和体积以及该有源区来评估膜厚度。在每个测量中，留有足够的时间使膜干燥并使纳米颗粒形成密排，残留的醇非常少。再者，留有足够的时间以使得响应达到稳态条件。在310nm和365nm范围观察到超过60％的Voc增加。测量结果表明Isc仅增加约14-17％。这得到的功率增加约62％。
通过更好地收集和捕获由纳米颗粒产生的光，对于使用硅纳米颗粒膜的UV应用可以进一步提高效率。在上述实验中，使用裸膜，而不优化光耦合、发光收集、或者折射率匹配。通过使用膜涂覆该纳米颗粒膜可以提高效率，该膜可透过UV光同时将光致发光反射到太阳能电池表面。
还在覆盖560-630nm的可见辐射波段(约400W/m2)下测试该示例性实验原型。图3和4表明测量的Voc响应不呈现可测量的增加或减小，而Isc略微增加了4％，得到约3％的功率增加。
这与下述事实是一致的，该1nm硅纳米颗粒具有约3.6eV的大吸收边(带隙)，因此该膜形成在光谱的可见部分基本上是透明的宽带隙材料。还发现可见范围内的响应在强UV辐射下超过若干天也是稳定的。因此，该膜作为有源过滤器，保护电池免受UV影响，这延长了工作寿命。这种稳定性是成分纳米颗粒的高的光稳定性的直接结果。
还发现该膜在UV辐射下是光稳定的。该稳定性是颗粒的光稳定性的直接结果。在来自例如UV汞灯的非相干灯的正常UV辐射条件下，电池的退化极为缓慢。为了加快测量，使用强激光束来测试。在纳秒354nmUV激光激励下在静止胶体中观察1nm颗粒的光稳定性。使用Nd-YAG激光器在354nm以10W/cm2辐射胶体中的颗粒，该Nd-YAG激光器是用于测试电池的非相干UV汞灯或者直接暴露于UV太阳光的预期值的约5000倍。
图5(粗实线)显示在颗粒的长时间稳定性，与溶解在液体中的两种蓝色染料(虚线和细实线)比较。在起初几个小时辐射下的初始下降之后，发光趋于在50％水平的长时间稳定性。在相同条件下，诸如香豆素(coumarin)和均二苯乙烯(stilbene)的常见染料以8和50倍快的速率急降，且不表现长时间稳定性。基于这些测量，我们认为该膜要超过2年的时间才达到50％稳定性水平。
在UV以及可见范围的良好性能可能是由于：该膜直接应用到电池而不使用玻璃或者聚合物母体；以及荧光硅纳米颗粒尺寸非常均匀，基本上由单一尺寸的相同颗粒组成，这导致自组装形成平滑膜。这些特性提供了更好的光学限制和折射率匹配，以及减小的散射或荧光损失。
示例性实验原型也使用薄硅纳米颗粒膜来制备，该薄硅纳米颗粒膜是由基本上由直径为2.85nm的红荧光纳米颗粒组成的纳米颗粒的胶体制成。在254nm和310nm的辐射下红色颗粒的醇胶体的荧光光谱示于图6(实线和点线-未按比例绘制)。该发光为峰位于630nm的橙色/红色波段。由于2.11eV的带隙，胶体通过550nm激励也产生红色发光。
图7给出在254nm、310nm、365nm和570nm(黄-红)的辐射，实验原型光伏电池电压响应Voc的百分比变化与红纳米颗粒膜的厚度的函数。图7示出Voc在UV增加超过约80％。
图8给出对于2.85nm纳米颗粒膜实验原型光伏太阳能电池在254nm、310nm、365nm和570nm(黄)的辐射，短路电流Isc响应的百分比变化与厚度的函数。该图示出Isc略微增加5％。整体功率增加约67％。
也使用覆盖可见范围的若干光源来测量实验原型的2.85nm硅纳米颗粒太阳能电池的响应，每个光源提供约50W/m2的能量给该实验原型太阳能电池。光源的光谱示于图9A。2.85nm纳米颗粒膜的结果示于图9B和9C。Voc特别是在光谱的蓝-绿部分表现10-15％的增加，而Isc增加小于5％。这导致7.5-13.5％的功率增加。这表明红色颗粒在可见范围的响应比蓝色颗粒更高效。这可能是由于红色颗粒具有2.15eV(在可见范围，约570m激励)的限制带隙，与1nm颗粒的3.5eV(在UV范围，约354nm激励)相比。该限制带隙会导致在短于570nm波长时对激励的响应的增加。另一方面，二者对UV响应都良好，因为体(bulk)的主要直接带隙是在3.2-3.4eV。
还注意，有源纳米颗粒膜不仅改善了转换，而且还作为过滤器以避免太阳能电池的UV吸收，该UV吸收会引起损伤并缩短整个电池的工作寿命。换言之，更少UV入射到n-p太阳能电池，这减小了在电池中产生的热量并因此延长了电池的工作寿命。
板的响应与入射辐射的波长的函数被用于获得转换量子产率。在最优响应时，假设膜几乎完全吸收UV。对于1nm颗粒，在254、310和365nm的量子产率分别为约0.48、0.82和0.56。2.85nm红色颗粒分别呈现约0.22、0.36和0.5的产率。
可以从波长转换的角度与/或膜内的电荷输运和分离的角度来分析这种改善。已知硅纳米颗粒薄膜高效地将UV波长转换为可见波长，并高效地产生电子-空穴对(激子)，这两个方面都有助于装置改善。同样，在这种超小纳米颗粒中，由于强限制，非辐射复合比辐射复合慢得多。对于1nm颗粒，本发明的实验原型太阳能电池的17％的短路电流增加可以归因于可见光致发光的高效转换，尽管该膜减小了到达电池的光强。由于这种装置中的电压随电流按对数关系增加，使用标准太阳能电池的Voc和Isc之间关系来确定相应的电压增加。电压增加仅30％，而测量的短路电流增加60-70％。对于2.85nm颗粒，5％的电流增加太小而无法引起80％的电压增加。电压增加还可能部分地由于电荷分离和收集所引起。
银/铜格栅线提供与纳米晶膜的电学接触，在该接触建立类似肖特基整流结。快速扩散电子于是可以累积在该类似二极管的结。如果慢得多的扩散空穴通过低质量氮化物薄层内的电荷陷阱而消散，于是负电荷和正电荷分离并累积。这会形成一电势差，该电势差增大多晶硅电池的电势差Voc。就此而言，该纳米膜可实施有源顶部电池配置。对于UV光电探测中使用的等效膜的研究表明，横过膜的电荷分离和电子输运是快速的且是由共振量子力学隧穿主导。
尽管已经示出和描述了本发明的具体实施例，不过应理解，其它调整、替换和备选对于本领域技术人员而言是显而易见的。可以在不背离由所附权利要求界定的本发明的精神和范围的情况下，进行这些调整、替换和备选。
本发明的各种特征在所附权利要求中给出。

Claims (17)

1.一种将光转换成电力的光伏装置，包括：
太阳能电池装置(12，14)，用于接收预定波长范围的光并将所述预定波长范围的光转换成电力；以及
膜(16，26)，所述膜光学耦合到所述太阳能电池装置并包含发光硅纳米颗粒，所述膜具有预定厚度，且所述膜响应于入射辐射并在预定波长范围内产生光学耦合到所述太阳能电池装置内的光响应。
2.如权利要求1所述的光伏装置，还包括反射装置(18)，沿耦合到所述太阳能电池装置内的方向，反射所述预定波长范围内的所述光响应的错向部分。
3.一种将光转换成电力的光伏装置，包括：
p-n结(12，14)，配置成接收辐射并将所述辐射转换成电能；
膜(16，26)，包含发光硅纳米颗粒且光学耦合到所述p-n结。
4.如权利要求3所述的光伏装置，其中所述膜基本上由1nm硅纳米颗粒组成，且所述p-n结形成于硅内。
5.如权利要求3所述的光伏装置，其中所述膜基本上由2.85nm硅纳米颗粒组成，且所述p-n结形成于硅内。
6.如权利要求3所述的光伏装置，还包括反射/抗反射层，所述反射/抗反射层调谐成透过入射辐射到所述p-n结，并反射从所述膜发射的光致发光朝向所述p-n结。
7.如权利要求3所述的光伏装置，承载在涂敷有薄导电膜的玻璃基板上。
8.如权利要求3所述的光伏装置，承载在挠性基板上。
9.如权利要求3所述的光伏装置，其中所述膜包含多层膜，所述多层膜包括氮化物层、非晶硅层和硅纳米颗粒层。
10.如权利要求9所述的光伏装置，其中所述纳米颗粒层包含不同尺寸的硅纳米颗粒。
11.如权利要求9所述的光伏装置，其中所述多层膜包含非晶硅。
12.如权利要求3所述的光伏装置，其中所述膜还电学耦合到所述p-n结。
13.一种将光转换成电力的光伏装置，包括：
太阳能电池；以及
膜，包含发光硅纳米颗粒且光学耦合到所述太阳能电池。
14.一种将光转换成电力的光伏装置，包括：
包含发光硅纳米颗粒的膜(36)，介于基本上透明导电膜(34，38)之间并电学接触所述基本上透明导电膜(34，38)；以及
基板(32)，支持所述包含发光硅纳米颗粒的膜和所述基本上透明导电膜。
15.如权利要求14所述的光伏装置，其中所述基板包括玻璃。
16.如权利要求14所述的光伏装置，其中所述基板包括基本上透明挠性基板。
17.如权利要求14所述的光伏装置，其中所述包含发光硅纳米颗粒的膜包含多层膜，所述多层膜包括氮化物层、非晶硅层和硅纳米颗粒层。
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