TW200926429A

TW200926429A - Photovoltaics with interferometric masks

Info

Publication number: TW200926429A
Application number: TW097143248A
Authority: TW
Inventors: Manish Kothari; Kasra Khazeni
Original assignee: Qualcomm Mems Technologies Inc
Priority date: 2007-11-07
Filing date: 2008-11-07
Publication date: 2009-06-16
Also published as: US20090293955A1; KR20130112964A; TW201403847A; WO2009061632A2; US20120042931A1; WO2009061632A3; BRPI0819248A2; EP2058863A3; JP2011503875A; CN101849290B; CA2703702A1; CN101849290A; KR20100093070A; EP2058863A2; JP2014013942A; RU2010118421A

Description

200926429 九、發明說明：【發明所屬之技術領域】本發明概言之係關於例如光電伏打電池之將光能轉換成電能之光電轉換器領域。【先前技術】一個多世紀以來，在美國，諸如煤碳、石油及天然氣之化石燃料已提供主要能源。對替代能源之需要日益增加。化石燃料係正迅速耗盡之不可更新能源。諸如印度及中國之發展中國家之大規模工業化已對可用化石燃料造成相當大的負擔。另外’地理政治問題可快速地影響此類燃料之供應。全球變暖近年來亦具有更大的意義。多種因數被認為對全球變暖產生影響；然而，對化石燃料之廣泛使用被假疋為全球變暖之主要原因。因此，迫切需要尋找一種亦係環境安全之可更新及經濟可行能源。太陽能係一種環境安全可更新能源，其可轉換成其他能量形式，例如熱量及電力。光電伏打（pv)電池將光能轉換成電能且因此可用於將太陽能轉換成電力。光電伏打太陽能電池可製成極薄及模塊式。PV電池之尺寸範圍可從幾毫米到數十釐米。一個PV 電池之單獨電輸出之範圍可從幾毫瓦至幾瓦特。若干個PV 電池可電連接並封裝成陣列以產生足夠的電量^ PV電池可用於各種各樣的應用，例如為衛星及其他太空飛行器提供電力、為住宅及商業資產提供電力、對汽車蓄電池充電等。 135779.doc 200926429 雖然pv裝置可能減少對烴燃料之依賴，但對pv裝置之廣泛使用已受效率低下及審美問題阻礙。因此，此等態樣中之任一態樣之改進可增加PV裝置之使用。【發明内容】本發明之某些實施例包括光電伏打電池或裝置，其與干涉儀光罩整合在一起以遮暗電池或裝置之全部或部分從而在觀看者看來呈黑暗或黑色β此等干涉遮蔽之光電伏打裝置可具有更均勻之色彩，從而使其更審美悅目且因此更適用於建築或建築學應用。在各實施例中，一個或上光學共振腔及/或光學共振層包括於該光電伏打裝置中，且特定而§包括於光電伏打材料之光入射或前側上，以遮蔽可位於光電伏打裝置之前表面上之反射電極。該等光學共振腔及/或層可包含例如介電質之透明不導電材料、透明導電材料、氣隙及其組合。亦可具有其他實施例》於一實施例中，闡述一種光電伏打裝置，其界定一光入 ❿ 射其上之前側及一與該前側對置之後侧。該光電伏打裝置包括一光電伏打作用層及一位於該光電伏打作用層之前側上之導體。一干涉儀光罩經圖案化以覆蓋該導體之前側。 • 於另一實施例中，一種光電伏打裝置包括一光電伏打材 .料及一位於該光電伏打材料前面之導體。該光電伏打裝置進一步包括一位於該光電伏打材料及該導體前面之光學干涉腔。該腔包括一位於該光電伏打材料前面之反射表面、一位於該反射表面前面之光學共振腔、及一位於該光學共振腔前面之吸收器。一跨越該光電伏打裝置之前側（包括 135779.doc 200926429 §光電伏打材料及該金屬導體之多個部分）之可見色彩大致均勻。 ^ 於另一實施例中，一種光電伏打裝置包括：產生構件，其用於由該構件之一入射側上之入射光產生一電流；傳導構件’其用於傳導所產生之電流；及干涉遮蔽構件其用、自該光電伏打裝置之該入射側干涉遮蔽該傳導構件。於另一實施例中，提供一種用於製造光電伏打裝置之方 Φ 法。該方法包括提供一具有一光電伏打作用層、一經圖案化前側導鱧及一後側導體之光電伏打發電機。複數個層形成於該光電伏打發電機上。該複數個層中之一者或多者經圖案化以界定一覆蓋該經圖案化前側導體之干涉調變器。【實施方式】一個阻礙在可用表面上廣泛採用光電伏打（PV)裝置以將光能轉換成電能或電流之問題係PV裝置上之前導體或電極之不利審美外觀。常見前電極材料之高反射率與作用PV材〇料本身之更暗外觀形成對照，而且阻礙pv裝置與周圍材料之調和。下文所述實施例採用經設計以遮暗、隱藏或調和電極之干涉調變器（IM〇D)構造，從而在PV裝置之導體上 • 提供一IMOD光罩。入射於IMOD光罩上之光因光學干涉之 •原理而在電極之區域中產生極少或無可見反射。干涉遮蔽效應受組成IMOD光罩之材料之尺寸及大致光學性質支配。因此’遮蔽效應並不像常見染料或塗料那樣易於隨著時間而概色。儘管本文中闡述某些較佳實施例及實例，但應瞭解，本 135779.doc 200926429 發明標的物除具體揭示之實施例以外延伸至本發明之其他替代實施例及/或使用以及本發明之顯而易見之修改及等效形式。旨在本文中所揭示之本發明之範疇不應受限於具體揭示之實施例。因此’舉例而言，在本文中所揭示之任一方法或過程中，組成該方法/過程之動作或作業可以任一合適之順序實施而未必僅限於任一具體揭示之順序。該等實施例之各態樣及優點已闡述於適當之處。應瞭解，未 ❹ 必所有此等態樣或優點皆可根據任一具體實施例達成。因此，舉例而§，應認識到，各實施例可以一達成或優化本文中所教示之一個優點或一組優點而未必達成本文中可能教示或提到之其他態樣或優點之方式實施。下文詳細說明係針對本發明之某些具體實施例。然而，本發明可以許多不同方式實施。本文中所述之實施例可構建於包括光電伏打裝置之各種各樣裝置中以收集光能。在本說明中，參照其中相同之部件自始至終以相同之編 Ο 號標示之圖式。如由下文說明將易知，該等實施例可構建於包含光電伏打活性材料之各種裝置中。圖1圖解闡釋一光學共振腔。此一光學共振腔之一實例 •係一可產生反射色彩之光譜之皂膜。圖丨中所示之光學共 .振腔包含兩個表面101及102。該兩個表面1〇1及1〇2可係同一層上之對置表面。舉例而言，該兩個表面1〇1及1〇2可包含玻璃或塑膠板或薄片或玻璃或塑膠薄膜或任何其他透明材料上之表面。空氣或其他介質可環繞該板、薄片或薄膜。在所示實例中，光在介面1〇1、1〇2中之每一者處部分 135779.doc -9- 200926429 地反射並部分地透射。一入射於光學共振腔之前表面101上之光線103如由光路徑104所指示被部分地反射且沿光路徑1〇5部分地透射過前表面101。所透射光可沿光路徑107部分地反射且沿光路徑 . 106透射出共振腔。所透射及反射之光量可取決於形成光學腔之材料及周圍介質之折射率。如熟習此項技術者將瞭解’該實例因省略多重内反射而被簡化。為了本文中所提供之說明之目的，自光學共振腔反射之光之總強度係該兩個所反射光線104及107之一相干整加。根據此相干疊加，該兩個所反射光束之振幅及相位兩者對集合強度產生影響。此相干疊加稱作干涉。該兩個所反射光線104及107可彼此相對具有一相位差》於一些實施例中’該兩個波之間的相位差可係180度且相互抵消。若該兩個光線104及107之相位及振幅經組態以降低強度，則該兩個光束稱作以相消方式干涉。若反之該兩個光束104及〇 107之相位及振幅經組態以提高強度’側該兩個光線稱作以相長方式干涉。相位差取決於該兩個路徑之光程差，而該兩個路徑之光程差既取決於光學共振腔之厚度、該兩個表面101及102之間的材料之折射率，又取決於周圍材料之 •折射率是否高於或低於形成光學共振腔之材料。相位差因入射光束103中之不同波長而亦不同。因此，於 >—些實施例中，光學共振腔可反射入射光103之一特定組波長而透射入射光103之其他波長。因此，一些波長可以相長方式干涉且一些波長可以相消方式干涉。通常，由光學共振腕 135779.doc -10- 200926429 所反射並透射之色彩及總強度因而取決於形成光學共振腔及周圍介質之厚度及材料。所反射及透射之波長亦取決於視角、以不同角度反射並透射之不同波長。於圖2中’ 一光學共振腔界定於兩層之間。特定而言，一吸收器層201界定光學共振腔之頂部或前表面ι〇1而一底部反射器層202界定光學共振腔之底部或後表面1〇2。吸收器及反射器層之厚度可彼此實質不同。舉例而言，吸收器層201通常將厚於底部反射器層2〇2且設計為部分地透射。吸收器及反射器層可包含金屬。如圖2中所示，入射於光學干涉腔之吸收器層201上之光線203沿路徑204及207中之每一者部分地反射出光學干涉腔。由位於前或入射側之觀察者所觀看到的照明視場係該兩個所反射光線204及207之一曼加。可藉由改變反射器層之厚度及組成來顯著增加或減少裝置實質吸收或經由底部反射器202透射出裝置之光量’而外觀反射色彩在很大程度上取決於受光學共振腔 101之大小或厚度及吸收器層2〇1之材料性質支配之干涉效應。於一些實施例中，前與後表面1 〇 1、1 〇2之間的光學腔由一層（例如一光學透明介電層）或複數個層界定。於其他實施例中，前與後表面1〇1、1〇2之間的光學共振腔由一氣隙或光學透明層與一氣隙之組合界定》光學干涉腔之大小可經調諧以使入射光之一個或多個特定色彩之反射最大化或最小化。可藉由改變腔之厚度來改變光學干涉腔所反射之色彩°因此’光學干涉腔所反射之色彩可取決於腔之厚 135779.doc •11 · 200926429 度。當腔高度係如此以致特定波長因光學干涉而最大化或最小化時，該結構在本文中稱作干涉調變器（IM〇D)。於某些實施例中，可例如藉由微機電系統（MEMS)來有效地改變頂部吸收器與底部反射器之間的光學共振腔高度。MEMS包括微機電元件、致動器及電子元件。微機電疋件可使用沈積、蝕刻及/或蝕刻掉或移除基板之部分及/ 或所沈積材料層或添加層以形成電及機電裝置之其他微機 ❹械加工過程來創建。此等MEMS裝置包括具有一可以機電方式調節之光學共振腔之IM〇D。IM〇D利用光學干涉之原理有選擇地吸收及/或反射光。於某些實施例中，干涉調變器可包含一對導電板，其中一者係部分反射的及部分透射的且其中另一者係部分或完全反射的。該等導電板能夠在施加一適當電信號時相對運動。於一具醴實施例中，一塊板可包含一沈積於一基板上之穩定層且另一塊板可包含由一氣隙與該穩定層分離開之金屬膜。如本文中更詳細〇閱述，一塊板相對於另一塊板之位置可改變入射於干涉調變器上之光之光學干涉。以此方式，可改變干涉調變器所輸出之光色。使用此一 MEMS可調節光學干涉腔或IM〇D，可提供至 • 少兩種狀態。一第一狀態包含一具有某一尺寸之光學干涉腔’藉此具有一選定色彩（基於腔之大小）之光以相長方式干涉並反射出該腔。一第二狀態包含一因光之相長及/或相消干涉而產生以致實質吸收可見波長之可見黑色狀態。另一選擇係’該兩種狀態可係彩色的及廣譜（白色）反射 135779.doc •12. 200926429 的。

❹ 圖3A係一 IMOD堆疊300之一簡化示意圖。如所示， IMOD堆疊300包含一吸收器層3〇1、一反射器3〇3及一形成於吸收器層301與反射器303之間的光學共振腔3〇2。反射器303可（例如）包含一金屬層（例如鋁）且通常厚到足以不透明（例如，300奈米）。光學共振腔302可包含一氣隙及/或一種或多種光學透明材料。若光學共振腔3〇2由一位於反射器303與吸收器層301之間的單層界定，則可使用一透明導體或透明介電質。力-些實_中，《學共振腔3〇2可包含一複合結構，該複合結構包含可包括一氣隙、一透明導電材料及-透明介電層中之兩者或兩者以上之多種材料。多層及/或氣隙之一可能優點在於該堆疊之選定層可提供除其在IMOD堆疊300中之光學角色以外之多種功能，例如裝置鈍化或耐擦傷性。於一些實施例中，該光學共振腔可包含一個種或多種部分透明材料’無論導電或介電的。用於光學干涉腔302之實例性透明材料可包含透明導電氧化物（tco)氧化銦錫（ITO)及/或介電二氧化矽（si〇2)。於此實施例中，光首先藉由透入吸收器層3〇ι而透過 m〇D堆疊则。-些光透過部分透射吸收器層3gi，透過光學干涉腔302 ’並重新經由光學共振腔逝及經由吸收器層301反射離開反射器3〇3。參照圖3B，於其他實施例中，光學共振腔302之厚度可包含-由諸如導軌、支柱或立柱之間隔件3ιι支承之氣隙 302。在麵D 300内’光學共振或干涉腔3〇2可係一處於 135779.doc •13- 200926429 靜態之氣隙，或一處於動態之氣隙，亦即，可變使用（例如）MEMS技術。一例如圖3A或3B中所示之干涉調變器（IM〇D)結構利用光學干涉來有選擇地產生一所期望反射輸出。可藉由選擇光學共振腔302之厚度及光學性質以及吸收器301及反射器 303之厚度及光學性質來《調變"此反射輸出。亦可使用一 MEMS裝置以改變光學共振腔3〇2之大小來改變該反射輸 φ 出。一觀察吸收器301之表面之觀察者所觀察到之色彩將對應於實質反射出該IMOD但不由該IMOD之各層實質吸收或以相消方式干涉之彼等頻率。可藉由選擇光學共振腔 302之厚度來變性干涉但不實質吸收之頻率。圖3C及3D顯示一 IMOD之一實施例，其中光學共振腔（圖 3B中之302)包括一氣隙且可使用MEMS技術來以機電方式加以改變。圖3C圖解闡釋一組態成處於”敞開"狀態下之 IMOD且圖3D圖解闡釋一組態成處於"閉合”或,，塌陷，，狀態 φ 下之IMOD。圖3C及3D中所示之IMOD包含一基板320、一薄膜堆疊330及一反射膜303。薄膜堆疊330可包含一吸收器（對應於圖3A及3B中之303)以及其他層及材料，例如一分開的透明電極及介電層。於一些實施例中，薄骐堆叠 - 330可附著至基板32〇。在"敞開”狀態下，薄膜堆疊33〇由一間隙340與反射膜303分離開。於一些實施例中，舉例而言’如圖3C中所示，間隙34〇可係一由諸如導軌、立柱或支柱之間隔件3 11支承之氣隙。在"敞開"狀態下，在一些實施例中，間隙340之厚度可（例如）在12〇奈米與4〇〇奈米之 135779.doc -14- 200926429 間變化（例如’大約260奈米）》因此，在"敞開"狀態下，圖 3Α及3Β之光學共振腔包含該氣隙連同位於薄膜堆疊330内之吸收器上之任何透明層。於某些實施例中，可如圖3D中所示藉由在薄膜堆疊330 與反射膜303之間施加一電壓差來將該im〇d自，，敞開"狀態切換至"閉合"狀態。在，，閉合"狀態下，位於薄膜堆疊33〇與反射膜303之間的吸收器上之光學腔由（例如）一上覆薄膜堆疊330中之吸收器之介電層界定，且通常經組態以反射，•里色"或最小可見反射。在一些實施例中，氣隙之厚度通常可在大約0奈米與大約2000奈米之間（例如，在"敞開"與"閉合"狀態之間）變化。在"敞開"狀態下，入射光之一個或多個頻率在基板32〇之表面之上以相長方式干涉。因此，入射光之一些頻率並非在該IMOD内被實質吸收而是自該im〇D反射。反射出該 IMOD之頻率在該IMOD外部以相長方式干涉。由觀察基板 φ 320之表面之觀察者所觀察到之顯示色彩將對應於實質反射出該IMOD但不由該IMOD之各層實質吸收之彼等頻率。可藉由改變光學腔（其包括間隙340)之厚度從而改變光學共 ' 振腔之厚度來改變以相長方式干涉但不被實質吸收之頻 . 率。圖4圖解闡釋如由一與該IMOD之前表面正交或垂直之方向所見之IMOD(例如，圖3A或3B之IMOD)之總反射相對於波長之一曲線圖。該總反射曲線圖顯示一位於大約5 5〇奈米（黃色）處之反射蜂值。一觀察該IMOD之觀察者將觀察 135779.doc 200926429 到該IMOD為黃色。如先前所提及，可藉由改變光學共振腔302之厚度或材料或藉由改變該堆疊中之一者或多者之材料及厚度來對該總反射曲線之峰值之位置進行移位。圖5圖解闡釋在一具有一經選擇以使可見範圍内之反射最小化之光學腔厚度之IMOD之情況下遍及一大約400奈米至800奈米波長範圍之IM〇D之一總反射相對於波長的曲線圖。觀察到該總反射在該整個波長範圍内一律低。因此，極少光被反射出該干涉調變器。在一些實施例中，由一垂直看該IMOD之前表面之觀察者所觀察到之色彩通常可係黑色、紅黑色或紫色。通常，一 IMOD堆疊可具有一視角相依性。然而，當一光學共振腔經選擇以使可見範圍内之IMOD反射最小化時’角度相依性往往相當低。圖6圖解闡釋在一具有一經優化以在入射角或視角為30度時使可見反射最小化之光學共振腔之IMOD之情況下之總反射相對於波長。觀察到該總反射在該整個可見波長範圍内一律低。因此，極少可見光被反射出該干涉調變器。圖5與6之一比較顯示具有一經選擇或調變以使可見反射最小化之腔3 02之IMOD之光譜響應在垂直入射情況下且在入射角或視角為30度時大致同。換言之，一具有一經選擇以使可見反射最小化之腔之"黑色” IMOD之光譜響應不呈現一對入射角或視角之強相依性。圖7顯示一典型之光電伏打（PV)電池700。一典型之光電伏打電池可將光能轉換成電能或電流。一 PV電池係一具有 135779.doc -16 - 200926429 一小碳足跡（carbon footprint)且對環境具有較小影響之可更新能源之一實例。使用PV電池可降低發電成本並提供可能之成本效益。PV電池可具有許多不同大小及形狀，例如，從小於一郵票到幾英吋寬。若干pv電池通常可連接在一起以形成可達幾英尺長及幾英尺寬之pv電池模組。模組又可經組合並連接以形成具有不同大小及電力輸出之卩乂陣列。

一陣列之大小可取決於若干因數，例如一特定位置中可供使用之日光量及消費者之需要。陣列之模組可包括電連接、女裝硬體、電力調節設備及儲存太陽能以供在太陽不照耀時使用之蓄電池。一PV裝置可係一具有其附帶電連接及周邊裝置之單個電池、或一PV模組或一 pV陣列。一pV 裝置亦可包括在功能上不相干之電組件，例如，由該（該等）PV電池供電之組件。一典型PV電池包含一設置於兩個電極之間的作用區。於一些實施例中，該！>¥電池包含一上形成一層堆疊之基板。一 PV電池之PV作用層可包含一例如矽之半導體材料。於一些實施例中，該作用區可包含一藉由接觸一 nS 半導體材料703及一 p型半導體材料7〇4而形成之p_n接面，如圖7中所示。此一 p_n接面可具有類似二極體之性質且因此亦可稱作光電二極體結構。該（該等）PV作用層703、704夾持於提供一電流路徑之兩個電極之間。後電極705可由鋁、銀、或鉬或某一其他導電材料形成。該後電極可係粗糙及未磨光的。前電極7〇1 135779.doc 200926429 經設計以覆蓋p_n接面之前表面之一大部分從而降低接觸電阻並提咼收集效率。於其中前電極7〇1係由一不透明材料形成之實施例中，前電極701經組態以在該卩^^作用層之正面上留下開口以使照明能夠照射到該pv作用層上。於一些實施例中，該等前電極可包括一透明導體，例如，如氧化錫（Sn〇2)或氧化銦錫（ΙΤ〇)之類的透明導電氧化物 (TCO)。該TCO可提供良好的電接觸及導電性且同時對入 ❹ 射光而言係透明的。於一些實施例中，該PV電池亦可包含一沈積於前電極701上之抗反射（AR)塗層7〇2。AR塗層7〇2 可減少自該（該等）PV作用層703、7〇4之前表面反射之光量。當照射作用PV材料之前表面時’光子將能量傳送至該作用區中之電子。若光子所傳送之能量大於該半導電材料之能帶隙’則該等電子可具有足夠的能量以進入傳導帶。一内部電場隨該p-n接面之形成而創建。該内部電場對賦 φ 能電子施加影響以致使此等電子移動從而在一外部電路 707中產生一電流。可使用所得電流來為例如圖7中所示之電燈泡706之各種電裝置供電。於一些實施例中，圖7所示之p-n接面可由一其中一本徵 .或未經摻雜之半導電層夾持於一 p型與一 η型半導體之間的 p-i-n接面來取代。一 p-i_n接面可具有高於一 p-n接面之效率。於一些其他實施例中，該PV電池可包含多個接面。該（該等）PV作用層可由各種吸光、光電伏打材料中之任何一種材料形成，例如晶體矽（c-矽）、非晶矽（ot-矽）、碌 135779.doc -18 - 200926429 化鎘（CdTe)、硒化銦銅（CIS)、銅銦鎵—（cigs)、吸光染料及聚合物、與吸光奈米顆粒散佈之聚合物、例如以舳之 III-V半導體等等。亦可使用其他材料。其中光子被吸收並將能量傳送至電載體（空穴及電子）之該（該等）吸光材料本 • 文中稱作pv電池之pv作用層，且此術語意在涵蓋多個作用子層。用於PV作用層之材料可根據pV電池之所期望效能及應用來加以選擇。 Φ 於一些實施例中，該PV電池可藉由使用薄膜技術來形成。舉例而言，於一其中光學能量透過一透明基板之實施例中，該pv電池可藉由在一基板上沈積一第一或前TC〇電極層來形成。在第一電極層上沈積一 PV活性材料。可在該 PV活性材料層上沈積一第二電極層。該等層可使用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沈積技術來沈積。薄膜PV電池可包含非晶或多晶材料，例如薄膜石夕、CIS、CdTe或CIGS。除了其他許多優點 φ 以外’薄膜pv電池之一些優點在於小裝置足跡及製造過程之可縮放性。圖8係一示意性地圖解闌釋一典型薄膜pv電池之方塊圖。典型PV電池800包括一光可透過其之玻璃基板8〇1。 • 玻璃基板801上沈積有一第一電極層802、一 pv作用層 8〇3(其顯示為包含非晶矽）及一第二電極層805。第一電極層802可包含一透明導電材料，例如ITO。如所示，第一電極層802及第二電極層805將薄膜PV作用層803夾持於其之間。所示PV作用層803包含一非晶石夕層。如該領域中所習 135779.doc •19- 200926429 知’充當一pv材料之非晶矽可包含一個或多個二極體接面。此外，一個（或多個）非晶矽PV層可包含一其中一本徵矽層夾持於一 P摻雜層與一 η摻雜層之間的p_i_n接面。如圖9A及9B中所示，許多PV裝置在裝置之一前或光入射側上以及在PV裝置900之一後側上採用鏡面或反射導體 910、911。位於前或光入射侧上之導體可包含匯流排電極 910或柵格線電極911。當光學能量被pv活性材料9〇3吸收 ❹ 時，產生電子空穴對。此等電子及空穴可藉由移動至前電極910、911或後電極905中之一者或另一者而產生電流，如圖9B中所示。前導體或電極91〇、911經圖案化以既縮小一電子或空穴必須行進抵達一電極之距離同時亦使足夠的光能夠透過到達PV作用層903。然而，由此等電極所產生之明亮反射線通常視為不引人注意的，以致pv裝置通常不用於可見位置中。因此，下面一些實施例闡釋用於覆蓋難看電極以使電極 Ο 圖案呈黑暗或黑色從而與外露PV作用區之外觀更好地相匹配之方法。此外，本文所闡述之一些實施例提供外觀上均勻以使其可與周圍結構（例如，屋頂瓦）更好地相調和之光電伏打裝置。此可藉由遮暗具有圖案化電極之裝置之正面之部分，或藉由使光電伏打裝置之整個前表面變暗來達成。種遮暗或以其他方式遮蔽電極以抑制自一導電層或電極之反射之方式係將一干涉調變器（IM〇D)用作一光罩，同時調譜反射比以遮暗電極及/或與外露pv作用區之色彩 135779.doc 20- 200926429 外觀相調和。在該IMOD堆疊中’ IMOD反射器（例如，圖 3A或3B之反射器303)之功能可由被遮蔽之導體（例如，圖 9A及9B之前匯流排電極910或柵格線電極911)提供。入射於IMOD光罩上之光因上述光學干涉之原理而在電極之區域中產生極少或無可見反射。有利地，干涉效應受吸收器及光學共振腔之厚度及材料支配。因此，遮蔽效應並不像 ' 常見染料或塗料那樣易於隨著時間而褪色。 ©圖10A-10G圖解闡釋一用於製作一在前電極上納含一 IMOD光罩之PV裝置之過程之一實例。該實例採用一沈積 PV活性材料薄膜。於一實施例中，此一光電伏打裝置可形成於一例如塑膠、玻璃或其他合適之工作之基板1010上。如圖10A中所示，一種用於製造此一裝置之方法可包含使用習知方法在一基板1〇1〇上形成一後電極丨〇2〇。一金屬層可經沈積以充當一光電伏打裝置之後電極1〇2〇，但亦可使用非金屬導電材料。 φ 參照圖10B’該方法進一步包括形成一光電伏打活性材料1030。在所示實施例中，光電伏打（pv)活性材料1〇3〇包含一沈積薄膜，但在其他配置中亦可採用單晶、半導體基板及/或其上之蟲晶層之部分。一沈積PV活性材料可包含 (例如）一近來正得到普及之非晶矽薄膜。成薄膜形式之非晶石夕可藉由物理氣相沈積（PVD)、化學氣相沈積（CVD)、電化學氣相沈積、或電漿增強型化學氣相沈積（PEcVD)以及熟習此項技術者習知之其他方法沈積於大區域上。如熟習此項技術者習知’包含非晶矽層之pV活性材料可包括一 135779.doc •21 · 200926429 個或多個具有η摻雜及/或p摻雜矽之接面且可進_步包含p_ x-n接面。用於PV活性材料1〇3〇之其他適當之材料包括鍺 (Ge)、Ge合金、及如銅銦硒化鎵（CIGS)、碲化鎘（cdTe)之類的合金、以及ιπ-ν半導體材料、或串聯（tandem)多接面光電伏打材料及薄膜^ ΙΠ_ν半導體材料包括諸如砷化鎵 (GaAs)、氮化銦（ΙηΝ)、氮化鎵（GaN)、砷化硼（BAs)之類的材料。亦可使用如氮化銦鎵之類的半導體合金。亦可具有 ❹ 其他光電伏打材料及裝置。用於形成此等材料之方法為熟習此項技術者所習知。作為一例示性實例，如CIGS之類的合金可藉由一基於真空之過程來形成，其中銅、鎵及銦共蒸鑛或共減鑛隨後藉助砸化物氣相退火以形成最終C〗gs結構。基於非真空之替代過程亦為熟習此項技術者所習知。於圖10C中’一透明導電氧化物（TCO) 1040視需要沈積於PV活性材料1〇30上。TC〇層通常與光電伏打材料，尤其是薄膜光電伏打材料一起使用，以改善與PV作用層1 〇3〇之 Φ 電極接觸。在功能上，TCO 1040形成接通一電路以攜載由 PV活性材料1030所產生之電流之前電極之一部分，但通常上覆TCO 1040並將PV電池連接至一更寬電路之更導電金屬導體稱作前電極。如熟習此項技術者所習知，一常見 • TC0係氧化銦錫（ITO)。用於形成或沈積ITO之方法在此項技術中為習知的且包括電子束蒸發、物理氣相沈積、或濺鍍沈積技術。亦可使用其他TCO材料及製造過程。在其他實施例中，可省略該TCO層。於圖10D中，在沈積TCO材料1040之後形成一前導體層 135779.doc 22 200926429 1050。前導體層l〇5 〇可包含一金屬或高度導電材料以充當一前電極並將PV電池連接至一電路中以攜載由PV電池所產生之電流。如上文所提到，此等導體往往係相當反射的且可損壞PV裝置之外觀並阻礙PV裝置之廣泛使用。用於前導體層1050之典型反射材料包括鋁（Α1)、鉬（Μ〇)、锆 (Zr)、鎢（W)、鐵（Fe)、銀（Ag)及鉻（Cr)。如圖10E中所示，一光學共振腔1060形成於前導體1〇5〇上。於所示實施例中，光學共振腔1060係一沈積透明層，〇然而’如上文參照圖3A及3B所述，在其他配置中，該腔可包含一由諸如支柱、立柱或導軌之間隔件界定之氣隙 (參見圖3B); —單個透明導電或介電層；一由多個導電或介電透明層形成之複合物；或一由一氣隙與一個或多個透明層之組合形成之複合物。一單個透明材料層之光學共振腔可簡化製造並降低成本。具有多層及/或氣隙之複合結構可採用多層來提供除其在所形成之IMOD光罩中之光學 φ 角色以外的多種功能，例如裝置鈍化或耐擦傷性》氣隙或複合光學共振腔亦可提供多種功能，例如裝置通風或提供採用MEMS來反射多個色彩（例如，一彩色模式或一黑色光罩模式）或形成一可有效調諧之IMOD光罩之能力。於其中IMOD光罩之反射器303亦充當一PV裝置之一前電極之所示實施例中，反射器303可用作一固定電極以進行靜電致動，例如，當PV裝置不處於現用狀態時。吸收器301可充當一可移動電極。熟習此項技術者將瞭解，用於操縱靜電MEMS運作及自一pv裝置之電流收集之雙重功 135779.doc •23- 200926429 能之互聯及外部電路可與PV裝置之主動式I]vl〇D光罩整合在一個。一實施例之光學共振腔1060係由一 Si〇2或其他透明介電材料層形成。一 Si〇2 (或類似指示）光學共振腔1〇6〇之一合適之厚度介於300 A (埃）與1〇〇〇 A之間以產生一干涉黑暗或黑色效應。用於沈積或形成si〇2之方法係此項技術中習知的，包括CVD以及其他方法。用於形成光學共振腔1〇6〇之其他合適之透明材料包括IT〇、8丨3^[4及Cr2〇3。另一實 ® 施例之光學共振腔1060係由一 Si〇2或其他透明材料之氣隙層形成。一氣隙光學共振腔1〇6〇之一合適之厚度介於45〇 A與1600 A之間以產生一干涉黑暗或黑色效應。參照圖10F，一吸收器層1〇7〇形成於光學共振腔1〇6〇上。於其中所構造之IM0D光罩經設計以干涉遮暗自然反射前導體1050之外觀之所示實施例中，吸收器層1〇7〇可包含（例如）金屬或半導體層之半透明厚度。該吸收器層亦可〇包3具有一非零n*k(亦即，折射率（η)與消光係數（幻之一非零乘積）之材料。特定而言，鉻（Cr)、鉬（Mo)、鈦（Ti)、矽（Si)鉅（Ta)及鎢（W)均形成合適之層。於一實施例中吸收器層1070之厚度介於2〇A與3〇〇A之間。參’’、、圖10G ’圖10F中所示之堆疊隨後使用（例如）光微影圖案化及蝕刻或其他合適之技術來圖案化以形成一如圖令所不之PV裝置〗000G。所得干涉調變器（im〇d)光罩包^一反射器303(其，亦充當該PV裝置之一前導體或電極）、—光學共振腔3G2(其在圖案化之前由參考編號刪指 135779.doc -24· 200926429 代）、及一經圖案化吸收器301。於圖i〇G之實施例中，反射器303、光學共振腔302與吸收器301同時圖案化且因此彼此對準。於其他配置中，IMOD光罩300之組件可具有一在某一式樣上不同於充當IMOD光罩反射器303之導體之圖案之圖案’如由下文對圖12之說明將更好地瞭解。iM〇d 光罩300因此覆蓋前電極或反射器3 03。IMOD光罩3〇〇與充當PV裝置之前電極之反射器303之對準冒一些呈銳視角自反射器303之側面之最小反射之危險。然而，吸收器3〇1以一不阻止比無論如何存在作為一前電極之反射器3〇3已阻止之任何更多光抵達PV作用層之方式圖案化。因此，吸收器301以一避免pv效率之任何進一步降低之方式圖案化。吸收器301及光學共振腔302之材料及尺寸經選擇以降低自下伏反射器303之反射率。反射率界定為沿與光罩3〇〇之上表面正交之方向[自IMOD光罩300反射之光強度]與 [IMOD光罩300頂部上之入射光之強度]之一比率。用於反射器303之常見PV裝置前電極材料呈現處於3〇%_9〇〇/0範圍内之反射率。然而，IMOD光罩300經組態以將總反射率干涉降低至不到10%。因此，可在IM0D光罩3〇〇上觀察到之反射率係針對不到10% (在此時刻反射往往呈"灰色且更通常不到5%之最常見反射器303材料。熟習此項技術者將瞭解’鑒於本文中之揭示内容，可藉由適當選擇吸收器 301及光學共振腔3〇2中之層之材料及尺寸來將反射率降至僅僅1 %-3 %，因此真正呈現”黑色”。因此’觀察者看到極少或無光自PV裝置之前導體反 135779.doc • 25· 200926429 射。因此’由覆蓋電極之IMOD光罩300形成之圖案可呈黑暗或黑色。另一選擇係，IMOD光罩300之結構經選擇以反射一大致匹配毗鄰前導體之光電伏打活性材料之可見區之色彩之色彩。對大多數PV裝置而言，pv作用區域呈相當黑暗，以致藉助IMOD光罩300減少可見反射有效地使導體與PV作用區域之外觀相調和，從而使得很難憑外貌來區別 PV裝置之該兩個區。然而，由於PV活性材料之可見區因非常規PV材料或PV活性材料之窗口上之其他塗層而表現出除黑暗或黑色以外之色彩，IMOD光罩300可構造用於反射其他色彩以與PV作用區域之可見區相匹配並產生pv裝置之一均勻色彩或外觀。於一其中光學共振腔302包含一由諸如支柱、立柱或導軌之間隔件界定之氣隙（參見圖3B)之實例中，用於產生一黑暗或黑色IMOD光罩300之氣隙之一合適高度介於450 A 與1600 A之間，此部分地視選擇用於〗]^〇〇光罩300之其他材料而定。於其中光學共振腔3〇2包含一具有一介於1與3 之間的折射率之介電質（例如，Si〇2)之另一實例中，一黑暗或黑色IMOD光罩300可產生具有一介於300 A與1000 A 之間的介電質厚度。參照圖10H ’ PV裝置1000h可在不損壞IMOD光罩之遮蔽功能之情況下包含諸如上覆硬膜、抗反射塗層或鈍化層之附加層。舉例而言，一上|IM〇D光罩300之介電層1〇8〇可包含Si〇2或氮化矽且可充當Pv裝置之一頂部鈍化層。此外’介電層1080可按一適於充當一可進一步增強前電極區 135779.d〇c -26- 200926429 之黑色狀態之抗反射（AR)層之厚度提供。由氧化矽或氮化石夕構成之AR層之典型厚度介於約3〇〇 A與1500 A之間。由於其他層定位於觀察者與前電極反射器303之間，可能需要調節以選擇各層之材料、光學性質及厚度從而確保干涉儀光罩300產生所期望之反射率。圖11A-11D圖解闡釋其中在圖案化前電極之後形成一 IMOD黑色光罩之另一實施例。圖11A圖解闞釋在例如藉由

光微影及蝕刻圖案化圖丨〇D之導體層1〇5〇之後圖i〇d之PV ® 裝置結構。上文參照圖10D闡述了用於前導體層1050之合適材料。圖案化界定亦將充當欲形成之im〇d光罩之反射器303之經圖案化導體或前電極。該結構將代表（例如）一在封裝之前的預製光電伏打（PV)裝置。另一選擇係，在另一實施例中，該PV裝置可經封裝且包括（例如）一在實施圖 11B-11D之步驟之前位於圖11A之結構上之鈍化層（未顯示）°在此一配置中’對隨後形成之光學共振腔及吸收器 φ 之材料及尺寸之選擇應慮及該鈍化層之光學效應。換言之，該鈍化層（未顯示）可視為一所形成之複合光學共振腔之一部分。圖11Β顯不在形成一選擇用於界定IMOD光罩之光學共振 .腔層1060之毯覆層或複合結構之後圖na之結構。如在對圖10E之說明中所提到，光學共振腔層1〇6〇可係一由諸如支柱、立柱或導軌之間隔件所界定之氣隙（參見圖3B”一單個透明導電或介電層；一由多個導電或介電透明層形成之複合物；或一由_氣隙與一個或多個透明層之組合形成 135779.doc •27· 200926429 之複合物。圖lie圖解闞釋在沈積一吸收器層1070之後圖之結構。上文參照圖10F闡述了半透明吸收器層1〇7〇之合適: 料及厚度。圖11D圖解闡釋在圖案化吸收器層1〇7〇以留下一經圖案化吸收器301之後圓UC之結構。於所示實施例中光學共振腔層1060留下作為一毯覆式或未圖案化層。因此，光學 ❹ 共振腔層1060毯覆於PV電池上。吸收器301例如藉由光微影遮蔽及蚀刻圖案化，以大致覆蓋導體及/電極3〇3。圖11D之所得結構係一包含干涉儀或IM〇D光罩3〇〇之裝置1100，其包括亦充當該PV裝置之一前導艎或前電極之經圖案化反射器3 03、一毯覆式光學共振腔層1〇6〇、及一經圖案化吸收器301。毯覆式光學共振腔層ι〇6〇(其可代表一單層或一如上文所述之複合結構）亦可提供跨越其中pv 作用層103 0可見或外露之區域之其他功能，例如pv作用層 ❹ 1030或可選中介TCO層1040之鈍化或抗擊反射。位於圖案化反射器303與吸收器301之間的光學共振腔層1060之區域形成IMOD光罩300之光學共振腔302。於所示實施例中，吸收器301經圖案化以與反射器303大致對準。圖12顯示本發明之另一實施例，其中光學共振腔層1〇6〇與上覆一如參照囷11C所述之PV裝置之各層之吸收器層 1070同時圖案化以覆蓋反射器3〇3從而產生一如圖12中所示之PV裝置12〇〇。於此實施例中，吸收器301及光學共振腔302共同圖案化以藉由略微延伸於電極303以外來覆蓋該 135779.doc -28- 200926429 電極。於此一實施例中，經圖案化吸收器3〇1可在每一側上側向延伸於該電極之邊緣以外達不少於該電極之寬度之 ίο/。，且在一實施例中達不少於該電極寬度之5%。更寬之吸收器301更好地確保覆蓋以遮蔽自前導體/反射器3〇3之反射’並適應反射器303圖案與吸收器301圖案之間的合理光罩角度差位準。另一方面，藉由使吸收器3〇1寬於干涉遮蔽之反射器3 03之程度最小化，抵達pV作用層1〇3〇之光量’及因此總pv裝置效率可仍為高。 ❹ 於未顯不之其他實施例中，吸收器層及光學共振腔結構可延伸遍及該PV裝置，但在此情況下，吸收器層應極薄 (大部分透射）以使抵達該PV作用層之光之減少最小化。因此，當使一毯覆式吸收層變薄以使透射最大化時，稍微犧牲黑暗或"黑色"效應之程度。在此情況下，亦可需要在該 PV作用層上採用一具有相對高透射之附加半透明反射器以使所反射色彩與前電極區中IMOD之色彩更好地相匹配。 φ 如參照圖1011所述，圖11D及12之干涉儀光罩300亦可受形成或沈積於該等實施例之表面上之更多層保護或純化。圖13A-13E繪示一用於製造本發明之另一實施例之過程，其中PV裝置之層形成於一經由其光透射至Pv作用區中之透明基板上。圖13A從一例如玻璃、塑膠之適當光學透明基板1310或具有適用光學性質之其他適當基板開始。一吸收器層1320形成或沈積於與光入射或前側對置之基板之後侧上。因此’在圖13A-13E中，光自下入射。上文參照圖10F之吸收器層闡述了半透明吸收器層132〇之合適材 135779.doc -29- 200926429 料及厚度。圖13B圖解闞釋在吸收器層13 2〇上形成或沈積一光學共振腔層13 30之後圖13A之結構。如在對圖1〇E之說明中所提到’光學共振腔層1330可係一由諸如支柱、立柱或導軌之間隔件界定之氣隙（參見圖3B); —單個透明導電或介電層；一由多個導電或介電透明層形成之複合物；或一由一氣隙與一個或多個透明層之組合形成之複合物。圖13C圖解闡釋進一步在光學共振腔層133〇上形成或沈積一導體層1340。上文參照圖i〇d之導體層1〇5〇闡述了用於導體層1340之合適材料。參照圖13D’圖案化或钱刻層1320、1330、1340形成一大致類似於或覆蓋反射器303圖案之IMOD光罩300圖案》圖案化該層堆疊界定亦將充當11^〇〇光罩300之反射器303 之經圖案化導體或前電極。儘管形成於該基板之後側上，但反射器303仍相對於尚待形成之Pv作用層朝前（更靠近光入射侧），且因此反射器303被認為界定該pv裝置之"前導體，，。圖13E圖解闡釋在一干涉儀光罩3〇〇之後面或對面沈積一薄膜光電伏打（PV)作用層1350，並隨後沈積一後導體層 1360之結果。上文參照圖1〇B闡述了用於薄膜pv作用層之合適材料，且通常PV活性材料包括衆多類型之光電伏打半導電材料，例如非晶碎。儘管未顯示，但可在沈積PV作用層1350之前沈積一例如ITO之透明導體層（TCO)以改善與前導體303之電接觸及因此PV裝置1300E之收集效率。後 135779.doc -30- 200926429 導體層13 60可包含一金屬導電層，且通常形成達一不透明之厚度。於圖13A-13E之實施例中，在形成或沈積PV活性材料 1350之前在該光學結構上形成一 PV裝置之干涉儀光罩 300。於此實施例中，該光電伏打裝置及干涉儀光罩300形成於該光學基板之一與該基板之光入射或前側對置之側上。因此，層形成之順序可與圖10A-10G之順序相反。附加層（未顯示）可包括位於PV作用層1350與基板13 10之間的 TCO、及位於基板1310之前側上之AR塗層或硬膜。圖13F圖解闡釋本發明之另一實施例。圖13F顯示在形成光學共振腔層1370之前圖案化以留下一經圖案化吸收器 301之圖13A之吸收器層1320。然後，光學共振腔層1370沈積或形成於經圖案化吸收器303上。如在對圖10E之說明中所提到，光學共振腔層1370可係一由諸如支柱、立柱或導軌之間隔件界定之氣隙（參見圖3B); —單個透明導電或介電層；一由多個導電或介電透明層形成之複合物；或一由一氣隙與一個或多個透明層之組合形成之複合物。一導體材料層沈積於光學共振腔層1370上。然後，該導體層可經圖案化以形成亦充當IMOD光罩300之經圖案化反射器303 之PV裝置1300F之前電極’同時使光學共振腔層丨37〇不圖案化於該PV電池上。接著，在im〇D光罩300(其包括前電極）上形成PV作用層1350並在PV作用層1350上形成後電極 1360。在一其中光透射過基板之實施例（如圖13F中所示）中使 135779.doc •31 - 200926429 用一毯覆式光學共振腔層1370可具有幾個優點。如上文所提及，通常使用一透明導電氧化物（TC〇)來改善一電極與一光電伏打材料之間的接觸。於圖13]ρ之實施例中，該光學共振腔結構可包括一與由反射器3〇3形成之前電極接觸之TCO層或由一與由反射器303形成之前電極接觸之層形成。圖13G圖解闡釋其中干涉儀光罩300形成於透明基板131〇之光入射或前側上，而前電極1390及光電伏打（PV)作用層 1350形成於基板1310之與該光入射或前側對置之後側上之另一實施例。在此一實施例中，因反射前電極139〇與吸收器301之間的基板1310之厚度，故需要前側im〇D光罩300 包括一位於基板13 10之前側上之單獨反射器3〇3，該單獨反射器經圖案化以覆蓋位於基板1310之另一側上之反射前電極1390。在此種情況下，pv裝置1300G可具有一位於基板1310之後侧上之習用構造，該習用構造包括依序形成於 Q 透明基板13 10之後表面上之經圖案化前電極1390、TCO層 1380、PV作用層1350及後電極1360。基板13 10之前側包括一由依序形成於光透射基板1310之前側上之單獨反射器 ' 303、光學共振腔302及吸收器301構成之IMOD光罩300堆

-疊。如同所示實施例一樣，此IMOD堆疊將較佳經圖案化以覆蓋前導體13 90圖案。由於此一 IMOD光罩具有其自身的反射器303及吸收器301’因此其與PV作用層1350電隔離且因此可單獨互連以形成一靜電MEMS IMOD。於此一實施例中’ IMOD光罩300將能夠敞開並閉合，如圖3C及3D 135779.doc -32- 200926429 中所示。在此種情況下，光學共振腔302可包括一可移動電極（圖3C及3D中之303)可經過其之氣隙（圖3C中之34〇)。如熟S此項技術者將瞭解，在此一實施例中，介電層及其他層以及用於將該可移動電極/反射器與固定電極/吸收器間隔開之支柱可形成於基板1310前面以在基板1310之光入射側上構建一可移動IMOD光罩300。圖14A-14B圖解闞釋一將一1]^〇1)光罩與一其中光電伏打材料係一單晶半導體基板及/或形成於此一單晶基板上之磊晶層之一部分之PV裝置1400A整合在一起之實施例。圖 14A繪示一光電伏打（PV)裝置14〇〇B，其包含一後電極 1410、一 p型矽層142〇、一 n型矽層143〇、前導體或電極 1440、及一抗反射塗層145〇。如先前所提及，需要遮蔽前電極1440(其可係（例如）一 Pv陣列之匯流排線或柵格線），或使自其之反射減少或最少化。因此，一干涉儀光罩可形成於電極之一光入射或前側上，如圖14B中所示^此可以類似於上文所述之方式，使用類似之材料來實現。於一實施例中，該過程可從包含一具有已圖案化之導體3〇3 之一矽基板或一單晶矽材料開始，如在圖14B中，並在其上形成IMOD光罩300 ^於另一實施例中，該過程可從一包含一不具有一前導體或電極圏案之作用區之矽基板或單晶矽材料開始’並使用類似於上文參照圖1〇八_1〇(}及UA_ 11D所述之技術使前導體連同光學共振腔3〇2及吸收器形成為反射器303。如先前所提到，吸收器3〇1及光學共振腔302，或吸收器單獨可經圖案化以與前電極/反射器3〇3 135779.doc •33, 200926429 大致對準從而覆蓋反射器303，如圖14B中所示。於另一實施例中’吸收器301及光學共振腔302，或吸收器單獨可經圖案化以遵循前電極/反射器303之圖案但更寬以覆蓋一比反射器303更大之表面積。如在圖11D及13F中，可使該光學共振腔層不圖案化或毯覆於該PV電池上，而圖案化前電極/反射器303及吸收器301。於再一實施例中，可絲網印刷吸收器301、光學共振腔3〇2、及/或前電極/反射器3〇3，在此種情況下，可同時實施形成及圖案化。可以任一分組同時或單獨地絲網印刷前電極/反射器、光學共振腔及吸收器之層。此外，可藉由光微影及蝕刻來圖案化一些層，而可絲網印刷其他層。上述實施例教示可用於干涉遮蔽PV裝置之前電極之 I MOD光罩構造具有種類繁多的構造。舉例而言，除了上述所述之薄膜及晶體矽PV電池及透射基板實施例以外，可使用一干涉儀或IMOD光罩來遮蔽自一薄膜干涉增強型光電伏打電池或裝置之前電極之反射。圖15圖解闡釋一 PV裝置1500之一實施例，其中一干涉儀光罩300遮蔽自一可充當一形成於一合適基板151〇上之干涉增強型電池之一前導體或電極之反射器303之反射。於所示實施例中’導體303經由一TCO層1550與作用層 1540電接觸。於其他實施例中，導體3〇3與作用層154〇直接電接觸’或經由未顯示之其他層及材料電接觸。干涉調諸之光電伏打電池之某些實施例包含一反射器1520及一設置於PV作用層1540之一光入射側後面或對面之光學共振腔 135779.doc •34- 200926429 1530。該PV作用層可包含一薄膜光電伏打材料，例如非晶矽、CIGS或其他薄半導體膜光電伏打材料。反射器142〇及光學共振腔1 530之光學性質（尺寸及材料性質）經選擇以使自分層PV裝置1500之介面之反射結合相加以在其中將光學能量轉換成電能之光電伏打電池之PV作用層1540中產生一增強場。此等干涉增強型光電伏打裝置增強對干涉光電伏打電池之作用區中之光學能量之吸收且因此提高裝置之效率。在此實施例之變化形式中，可採用多個光學共振腔來單獨調諧光之不同波長並使PV作用層中之吸收最大化。所埋入光學共振腔及/或層可包含透明導電或介電材料、氣隙、或其組合》儘管上述詳細說明揭示本發明之若干實施例，但應瞭解’此揭示内容僅為例示性而非對本發明之限制。應瞭解，所揭示之具體組態及運作可不同於上述組態及運作，且本文中所述之方法可用於除半導體裝置製作以外之背景下。【圖式簡單說明】本文中所揭示之實例性實施例圖解闡釋於僅旨於圖解闡釋之目的之附圖中。圖1示意性地圖解闡釋一理論光學干涉腔。圖2示意性地圖解闡釋形成光學干涉調變器之一實施方式之複數個層。圖3A係一類似於圖2之光學干涉調變器之干涉調變器 (IMOD )堆整之-方塊圖，其包含一吸收器層、一光學共 135779.doc -35 200926429 振腔及一反射器。圖3B示意性地圖解闡釋一 IMOD，其中該光學腔包括一由位於吸收器與反射器層之間的支柱或立柱形成之氣隙。圖3C圖解闡釋一 IMOD之一實施例，其中該光學共振腔可在"敞開••狀態下以機電方式調節。圖3D圖解闡釋一 IMOD，其中該光學共振腔可在"閉合" 狀態下以機電方式調節。圖4顯示一干涉光調變器之總反射相對於波長，該干涉光調變器具有一經組態以反射垂直入射及反射光之黃色之光學腔。圖5顯示在具有一光學腔之情況下之總反射相對於波長’該光學腔經組態以使對垂直入射及反射光之可見反射最小化。圖6顯示在入射角或視角為大約3〇度垂直時如圖5之干涉光調變器之干涉光調變器之總反射相對於波長。圖7示意性地圖解闡釋一包含一 p_n接面之光電伏打電池。圖8係一示意性地圖解闡釋一包含一沈積而成之薄膜光電伏打活性材料之光電池之方塊圖。圖9A及9B係繪示一具有位於前侧上之可見反射電極之實例性太陽能光電伏打裝置之示意平面及等軸剖視圖。圖10A-10G係圖解闞釋在一用於製造一與一光電伏打裝置整合在一起之干涉調變器（IM〇D)光罩之一實施例之過程中之各步驟之示意剖面圖，其中該IM〇D光罩與光電伏 135779.doc -36 - 200926429 打裝置前電極同時圖案化。圖10H係一在該1河00光罩上形成一保護膜之後圖i〇G之光電伏打裝置之示意剖面圖。圖11A-D係圖解闡釋用於根據另一實施例在一光電伏打裝置上添加一 IMOD光罩之各步驟之示意剖面圖，其中界定該IMOD光罩之一光學共振腔之層保持未圖案化。圖12係一根據另一實施例具有一覆蓋電極之光罩之光電伏打裝置之一示意剖面圖’其中該光罩包含圖案化成略寬於該等光電伏打裝置前電極之層。圖13A-13E係圖解闡釋在一用於在一透明基板上製造一具有一整合式IMOD光罩之薄膜光電伏打裝置之過程中之各步驟之示意剖面圖。圖13F係一與一透明基板上之一薄膜光電伏打裝置整合在一起之IMOD光罩之另一實施例之一示意剖面圖，其中界定該IMOD光罩之一光學共振腔之層保持未圖案化。圖13G係一整合於一透明基板之一與具有作用光電伏打材料之基板之側對置之前側上之IMOD光罩之另一實施例之一示意剖面圖。圖14A及14B係一形成具有一單晶半導體光電伏打裝置、具有及不具有一形成於該等前電極上之IMOD光罩之光電伏打裝置之示意剖面圖。圖15係一具有一整合式IMOD光罩之干涉增強型光電伏打裝置之一實施例之一示意剖面圖。【主要元件符號說明】 135779.doc -37- 200926429

1300E PV裝置 101 表面 102 表面 103 光線 104 光路徑 105 光路徑 106 光路徑 107 光路徑 201 吸收器層 202 底部反射器層 203 光線 204 路徑 207 路徑 300 IMOD堆疊 301 吸收器層 302 光學共振腔 303 反射器 311 間隔件 320 基板 330 薄膜堆疊 340 間隙 700 光電伏打（PV)電池 701 前電極 702 抗反射（AR)塗層 135779.doc -38- 200926429

703 n型半導體材料 704 P型半導體材料 705 後電極 706 電燈泡 707 外部電路 800 薄膜PV電池 801 玻璃基板 802 第一電極層 803 PV作用層803 805 第二電極層 900 PV裝置 903 PV活性材料 905 後電極 910 鏡面或反射導體、前導體或電極 911 鏡面或反射導體、前導體或電極 1000G PV裝置 1000H PV裝置 1010 基板 1020 後電極 1030 光電伏打活性材料 1040 透明導電氧化物 1050 導體層 1060 光學共振腔層 1070 吸收器層 135779.doc -39- 200926429

1080 介電層 1100 PV裝置 1200 PV裝置 1300F PV裝置 1300G PV裝置 1310 基板 1320 吸收器層 1330 光學共振腔層 1340 導體層 1350 PV作用層 1360 後電極 1370 光學共振腔層 1380 TCO層 1390 經圖案化前電極 1400A PV裝置 1400B PV裝置 1410 後電極 1420 P型;ε夕層 1430 η型矽層 1440 前導體或電極 1450 抗反射塗層 1500 PV裝置 1510 基板 1520 反射器 135779.doc -40- 200926429 1530 1540 1550 光學共振腔作用層 TCO層

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Claims

200926429 十、申請專利範圍： 1. 一種界疋一光入射於其上之前側及一與該前侧對置之後側之光電伏打裝置，該光電伏打裝置包含：一光電伏打作用層；一位於該光電伏打作用層之該前侧上之導體丨及一經圖案化以覆蓋該導體之該前側之干涉儀光罩。 2. 如請求項1之裝置，其中該干涉儀光罩經組態以使自該干涉儀光罩之該前側反射之光之一色彩與可在毗鄰該導 Ϊ 體之區域中見到的該光電伏打作用層之一色彩大致匹配。 3·如請求項1之裝置，其中該干涉儀光罩經組態以致幾乎沒有入射可見光自該干涉儀光罩之該前側反射，從而使該干涉儀光罩自一垂直視角顯現黑色。 4_如明求項丨之裝置，其中該干涉儀光罩經組態以使該干涉儀光罩之反射率小於10〇/〇。 | 請求項1之裝置，其中該導體包含將複數個光電伏打電池之電極連接成一陣列之一匯流排。 135779.doc 200926429 1600 A之間。 10.如請求項7之裝置層0 其中該光學共振腔包含一介電材料奢求項之裝置，其中該介電材料之厚度 A與1〇〇〇 A之間。如請求項Π)之裝置，其中該介電層具有一介於約_之間的折射率。 ❹ 13·如請求項1G之裝置，其中該介電層係—延伸跨越該光電伏打裝置之毯覆層。 14.如請求項7之裝置，其進一步包含一位於該吸收器上之鈍化層。 15.如請求項14之裝置’其中該鈍化層包含二氧化矽。 16·如請求項1之裝置，其中該光電伏打作用層係選自由以下組成之群組：單晶石夕、非晶妙、鍺、III-V半導體、銅銦硒化鎵、碲化鎘、砷化鎵、氮化銦、氮化鎵砷化 φ 硼、氮化銦鎵、及串聯多接面光電伏打材料。 17·如凊求項1之裝置，其中該光電伏打作用層包含一薄膜光電伏打材料。 . 18.如請求項17之裝置，其中該薄膜包含非晶矽。 . 19.如请求項17之裝置，其中該薄膜形成於一透明基板之後侧上、形成於該干涉儀光罩上且形成於該導體上。 20_如清求項19之裝置，其中該導體經由一透明導電氧化物 (TCO)與該光電伏打材料電接觸。 21.如請求項17之裝置，其中該薄膜形成於一透明基板之後 135779.doc 200926429 側上且形成於該導體上，且該干涉儀光罩形成並圖案化於該透明基板之前侧上。 22_如請求項21之裝置，其中該干涉儀光罩包含一在該透明基板之該前側上具有一反射器之主動式MEMS裝置。 23.如請求項丨之裝置，其中該光電伏打作用層包含一干涉增強型光電伏打裝置。 • 24.如請求項1之裝置，其中該干涉儀光罩包含一主動式 MEMS裝置。〇一 25. —種界定一光入射於其上之前侧及一與該前側對置之後側之光電伏打裝置，該光電伏打裝置包含：一光電伏打材料；一導體’其位於該光電伏打材料前面；及一光學干涉儀光罩，其位於該光電伏打材料及該導體前面，其中該光罩包含一反射表面’其位於該光電伏打材料前面； @ 一光學共振腔，其位於該反射表面前面；及一吸收器，其位於該光學共振腔前面，其中跨越包括該光電伏打材料及該金屬導體之多個部分的該光電伏打裝置之該前側之一可見色彩大致均勻。 26. 如請求項25之裝置，其中該光學共振腔包含以下兩者或兩者以上之一複合物：一氣隙、一透明導電層及一透明介電層。 27. 如請求項25之裝置，其中該光學干涉儀光罩經組態以致幾乎沒有入射可見光反射，從而使該光電伏打裝置顯現 135779.doc 200926429 黑色。 28.如請求項27之裝置，其中該光學干涉儀光罩經圖案化以覆蓋該金屬導體並暴露該光電伏打材料之多個部分。 29·如請求項25之裝置，其中該光學干涉儀光罩及該導體之一或多個層係絲網印刷的。 30. 如請求項25之裝置，其中該導體係透明的。 31. 如請求項25之裝置’其中反射表面係由該導體界定。 32. —種光電伏打裝置，其包含：產生構件’其用於自該產生構件之一入射側上的入射光產生一電流；傳導構件’其用於傳導該產生之電流；及干涉遮蔽構件’其用於自該光電伏打裝置之該入射側干涉遮蔽該傳導構件β 33. 如請求項32之裝置，其中該用於產生該電流之構件包含一半導體光電伏打活性材料。 ❹ 34.如請求項32之裝置，其中該傳導構件包含一與該用於產生電流之構件電接觸之反射式經囷案化前電極。 35_如請求項32之裝置，其中該干涉遮蔽構件包含一堆疊，該堆疊包括一光學共振腔及一位於該傳導構件上之吸收 . 器’該吸收器經組態以干涉降低自該傳導構件之反射率〇 36. —種用於製造一光電伏打裝置之方法，其包含為一光電伏打發電機提供一光電伏打作用層、一經圖案化前側導體及一後侧導體； 135779.doc -4- 200926429 在該光電伏打發電機之一前側上形成複數個層；及圖案化該複數個層中之一者或多者以界定一覆蓋該經圖案化前側導體之干涉調變器。 37. 如請求項36之方法，其中形成該複數個層包含：形成一吸收器及一光學共振腔，該光學共振腔經組態以反射與一由該光電伏打作用層之多個已暴露部分所反射之可見光譜大致匹配之可見光。

❹ 38. 如請求項37之方法，其中該干涉調變器經組態以自該前側顯現黑色。 39. 如凊求項37之方法，其中形成該干涉腔包含：形成一吸收器及一介電層。 40. 如請求項39之方法，其中圖案化包含：圖案化該吸收器及該介電層。 W.如請求項39之方法，其中圖案化包含：圖案化該吸收器以遵循豸經圖案化前側導體之一圖案並留下該介電層作為一毯覆層。形成與該前側導 42.如請求項36之方法，其中圖案化包含體同延之該干涉調變器。 43·如請求項42之方法，其中提供該光電伏打裝置包含：與 :案化該複數個層令之—者或多者同時圖案化該前渡0 44·如請求項36之t、、i # i 人法，其中形成並圖案化該複數個層包 :數:層一遵猶該經圖案化前側導體之圖案來絲網印刷該 135779.doc -5- 200926429 45. 如請求項37之方法，其中形成—光學共振腔包含：形成一氣隙及一間隔件。 46. —種用於製造一光電伏打裝置之方法該光電伏打裝置有光入射於其上之前側及一與該前側對置之後側，該方法包含形成一干涉調變器，該干涉調變器經組態以在該光電伏打裝置之該前側上顯現黑色。 47. 如請求項46之方法，其中該光電伏打裝置包含一前側反射導體，且形成該干涉調變器包含形成一吸收器、一光學共振腔及一導體，其中該吸收器及該光學共振腔經圖案化以遵循該反射導體之一圖案。 48. 如請求項47之方法’其中形成該經圖案化吸收器及光學共振腔包含絲網印刷。 49. 如請求項47之方法，其中在一具有對置側之透明基板上形成該光電伏打裝置，以使該前側反射導體及該干涉調變器形成於該透明基板之對置侧上。 50. 如請求項46之方法，其中該光電伏打裝置包含一前侧反射導體’且形成該干涉調變器包含形成一吸收器、一光學共振腔及一導體，其中該吸收器經圖案化以遵循該反射導體之一圖案。 135779.doc -6 -