用于将红外(IR)光伏电池集成在薄膜光伏电池上的方法和装置

摘要

本发明的实施方案涉及太阳能板、制造太阳能板的方法以及使用太阳能板来捕集和储存太阳能的方法。太阳能板的一个实施方案可以包括对可见光敏感的光伏电池和对具有大于0.7μm的波长的光敏感的红外光伏电池。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年4月5日提交的美国临时申请第61/472,071号的 优先权，该临时申请的全部内容（包括任何图、表或附图）都通过引用合 并到本文中。

背景技术

光伏电池被认为是帮助解决当今世界能源紧缺的可再生能源的重要 来源。已经开发了各种光伏电池技术，并且薄膜光伏电池如铜铟镓硒 （CIGS）和CdTe，由于其适合于大面积生产已经引起关注。虽然这些薄 膜光伏技术已经报道了在可见光波长下由大于90%的外部量子效率产生 的功率转换效率为约20%，但是这些薄膜光伏电池对具有1μm以上的波 长的辐射不具有敏感性。

发明内容

本发明的实施方案涉及新型且有利的太阳能板，以及制造太阳能板的 方法和使用太阳能板的方法。与常规的光伏电池相比，太阳能板和使用太 阳能板的方法可以有利地从光子的更宽光谱中捕集和储存太阳能。

在一个实施方案中，太阳能板可以包括：第一光伏电池，其中第一光 伏电池对具有第一一个或多个波长的光子敏感，其中第一一个或多个波长 在第一波长范围内；以及第二光伏电池，其中第二光伏电池对具有第二一 个或多个波长的光子敏感，其中第二一个或多个波长在第二波长范围内， 使得第二一个或多个波长中的至少之一不在第一波长范围内，并且第一一 个或多个波长中的至少之一不在第二波长范围内。第二一个或多个波长中 的至少之一可以大于1μm。在另一实施方案中，第二一个或多个波长中 的至少之一可以为至少700nm。

在本发明的另一实施方案中，制造太阳能板的方法可以包括：形成第 一光伏电池，其中第一光伏电池对具有第一一个或多个波长的光子敏感， 其中第一一个或多个波长在第一波长范围内；形成第二光伏电池，其中第 二光伏电池对具有第二一个或多个波长的光子敏感，其中第二一个或多个 波长在第二波长范围内，使得第二一个或多个波长中的至少之一不在第一 波长范围内，并且第一一个或多个波长中的至少之一不在第二波长范围 内。第二一个或多个波长中的至少之一可以大于1μm。该方法还可以包 括使第一光伏电池与第二光伏电池结合。在另一实施方案中，第二一个或 多个波长中的至少之一可以为至少700nm。

在另一实施方案中，捕集和储存太阳能的方法可以包括：布置太阳能 板使得阳光入射到太阳能板上，其中太阳能板包括：第一光伏电池，其中 第一光伏电池对具有第一一个或多个波长的光子敏感，其中第一一个或多 个波长在第一波长范围内；以及第二光伏电池，其中第二光伏电池对具有 第二一个或多个波长的光子敏感，其中第二一个或多个波长在第二波长范 围内，使得第二一个或多个波长中的至少之一不在第一波长范围内，并且 第一一个或多个波长中的至少之一不在第二波长范围内。第二一个或多个 波长中的至少之一可以大于1μm。在另一实施方案中，第二一个或多个 波长中的至少之一可以为至少700nm。

附图说明

图1A示出了本发明的实施方案的短路电流密度（J_sc）功率转换效率 （PCE）的理论最大值。

图1B示出了具有各种尺寸的PbS纳米晶体的吸光度谱，并且插图示 出了具有1.3μm峰值波长的50nm厚的PbSe量子点膜的吸收系数谱和 TEM图像。

图2A示出了根据本发明的实施方案的太阳能板的横截面图。

图2B示出了根据本发明的另一实施方案的太阳能板的横截面图。

具体实施方式

当本文中使用术语“在……上”或“在……之上”时，当指的是层、 区域、图案或结构时，应该理解为层、区域、图案或结构可以直接在另一 个层或结构上，或者也可以存在插入的层、区域、图案或结构。当本文中 使用术语“在……下/下方”或“在……之下”时，当指的是层、区域、 图案或结构时，应该理解为层、区域、图案或结构可以直接在其它层或结 构下，或者也可以存在插入的层、区域、图案或结构。当本文中使用术语 “直接在……上”时，当指的是层、区域、图案或结构时，应该理解为层、 区域、图案或结构直接在另一个层或结构上，不存在插入的层、区域、图 案或结构。

当本文中术语“约”与数值结合使用时，应该理解为值可以在该值的 95%至该值的105%的范围内，即该值可以为所修饰的值的+/-5%。例如， “约1kg”意指从0.95kg至1.05kg。

当本文中术语“敏感”与描述对一定种类的光或对具有给定值或在给 定范围内的波长的光子敏感的光伏电池结合使用时，应该理解为光伏电池 能够吸收光伏电池敏感的光并且生成载流子。当本文中术语“不敏感”或 “非敏感”与描述对一定种类光或对具有给定值或在给定范围内的波长的 光子不敏感或非敏感的光伏电池结合使用时，应该理解为光伏电池不能够 吸收光伏电池不敏感的光并且不能从吸收的光生成载流子。

应该理解，对于“透明”，是指被陈述为对物体是透明的光的至少一 部分可以穿过物体而不被吸收或反射。

本发明的实施方案涉及新型且有利的太阳能板，以及制造太阳能板的 方法和使用太阳能板的方法。与常规光伏电池相比，太阳能板和使用太阳 能板的方法可以有利地从光子的更宽光谱捕集和储存太阳能。

在一个实施方案中，太阳能板可以包括：第一光伏电池，其中第一光 伏电池对具有第一一个或多个波长的光子敏感，其中第一一个或多个波长 在第一波长范围内；和第二光伏电池，其中第二光伏电池对具有第二一个 或多个波长的光子敏感，其中第二一个或多个波长在第二波长范围内，使 得第二一个或多个波长中的至少之一不在第一波长范围内，并且使得第一 一个或多个波长中的至少之一不在第二波长范围内。第二一个或多个波长 中的至少之一可以大于1μm。在另一实施方案中，第二一个或多个波长 中的至少之一可以为至少700nm。

在本发明的另一实施方案中，制造太阳能板的方法可以包括：形成第 一光伏电池，其中第一光伏电池对具有第一一个或多个波长的光子敏感， 其中第一一个或多个波长在第一波长范围内；以及形成第二光伏电池，其 中第二光伏电池对具有第二一个或多个波长的光子敏感，其中第二一个或 多个波长在第二波长范围内，使得第二一个或多个波长中的至少之一不在 第一波长范围内，并且第一一个或多个波长中的至少之一不在第二波长范 围内。第二一个或多个波长中的至少之一可以大于1μm。该方法还可以 包括使第一光伏电池与第二光伏电池结合。在另一实施方案中，第二一个 或多个波长中的至少之一可以为至少700nm。

在另一实施方案中，捕集且储存太阳能的方法可以包括布置太阳能板 使得阳光入射到太阳能板上，其中太阳能板包括：第一光伏电池，其中第 一光伏电池对具有第一一个或多个波长的光子敏感，其中第一一个或多个 波长在第一波长范围内；和第二光伏电池，其中第二光伏电池对具有第二 一个或多个波长的光子敏感，其中第二一个或多个波长在第二波长范围 内，使得第二一个或多个波长中的至少之一不在第一波长范围内，并且第 一一个或多个波长中的至少之一不在第二波长范围内。第二一个或多个波 长中的至少之一可以大于1μm。在另一实施方案中，第二一个或多个波 长中的至少之一可以为至少700nm。

本发明的实施方案涉及用于提供通过将IR光伏电池集成到光伏电池 上来提供从太阳光谱中的可见范围直至红外范围中捕获光子的新型太阳 能板结构的方法和装置。虽然太阳光谱在从350nm至2500nm的范围内， 但是常规薄膜光伏电池对超过1μm的红外不具有敏感性。也就是说，相 关技术的光伏电池对大于1μm的波长不敏感，并且不能从这样的光子中 捕集和/或储存能量。如在现有技术中已知的，光谱的可见范围从380nm 至750nm，380nm和750nm包括在内。

参照图1A，根据本发明的一个实施方案的太阳能板可以导致增加的 功率转换效率（PCE）。图1A示出了作为入射光的波长（nm）的函数的 光谱辐射照度（W/m²nm）。对于对具有在从约400nm至约850nm的范 围内的波长的光敏感的有机光伏电池（例如，包括CdTe），如果将在从约 400nm至约850nm的范围内的所有光子转换为载流子，则J_sc为 29.1mA/cm²，并且如果V_OC为0.85V而且填充因子（FF）为80%，则 PCE为20%。对于包含PbS量子点并且对具有在从约700nm至约2000 nm的范围内的波长的光敏感的IR光伏电池，如果将在从约700nm至 约2000nm的范围内的所有光子转换为载流子，则J_sc为44.0mA/cm²， 并且如果V_OC为0.5V而且FF为80%，则PCE为17.6%。对于包括PbS 量子点并且对具有在从约850nm至约2000nm的范围内的波长的光敏感 的IR光伏电池，如果将在从约850nm至约2000nm的范围内的所有光 子转换为载流子，则J_sc为33.4mA/cm²，并且如果V_OC为0.5V而且FF 为80%，则PCE为13.4%。

使用溶液可加工的纳米晶体（例如，PbS或PbSe纳米晶体）的红外 光电探测器已经在要求美国临时专利申请系列第61/416,630号（2010年 11月23号提交）的优先权的美国专利申请系列第13/272,995号（2011 年10月13号提交）中描述，两者的全部公开内容通过引用合并本文中。 这样的IR光电探测器已经被证明适合于大面积生产。在本发明的实施方 案中，IR光伏电池可以具有与在要求美国临时专利申请系列第61/416,630 号的优先权的美国专利申请系列第13/272,995号中所描述的红外光电探 测器的结构类似的结构、和/或与在美国临时专利申请系列第61/416,630 号中所描述的红外光电探测器的结构类似的结构。此外，参照图1B，其 示出了PbSe量子点的吸光度，PbSe量子点具有红外敏感性。

当将IR光伏电池集成到光伏电池（如常规薄膜光伏电池）上时，可 以实现高效率光伏板。本发明的实施方案涉及用于通过将IR光伏电池集 成到光伏电池（如常规薄膜光伏电池）上来捕获大部分的太阳光谱的新型 光伏板。在一些实施方案中，光伏板可以捕获整个太阳光谱。

参照图2A，在本发明的实施方案中，太阳能板10可以包括光伏电池 40和IR光伏电池50。光伏电池40可以为例如薄膜光伏电池，并且可以 包括碲化镉（CdTe）、铜铟镓硒（CIGS）、非晶硅（α-Si）和/或多晶硅 （多晶Si），但是实施方案不限于此。在许多实施方案中，光电池40对 具有大于1μm的波长的光子不敏感。例如，光伏电池40可以对在可见 范围内的光子敏感。在一个实施方案中，光电池40可以对具有从约400nm 至约850nm的波长的光子敏感。

IR光伏电池50对具有大于1μm的波长的光子敏感。在一个实施方 案中，IR光伏电池50对具有最高为2500nm的波长的光子敏感。在另一 实施方案中，IR光伏电池50对最高为约2000nm的波长的光子敏感。在 另一实施方案中，IR光伏电池50对最高为2000nm的波长的光子敏感。 在又一实施方案中，IR光伏电池50对具有从约850nm至约2000nm的 范围内的波长的光子敏感。

应该理解，在本说明书中并且在所附权利要求中，当光伏电池40或 IR光伏电池50被描述为对具有给定值的波长、在给定范围内的波长或至 少一定值的波长的光子敏感时，如果没有明确说明，则其不排除光伏电池 40或IR光伏电池50对具有不同于给定值的波长、在给定范围之外的波 长或小于一定值的波长的光子敏感。也就是说，在本说明书中和在所附权 利要求中，当光伏电池40或IR光伏电池50被描述为对具有给定值的波 长、在给定范围内的波长或至少一定值的波长的光子敏感时，除非明确说 明光伏电池40或IR光伏电池50只对具有所说明的值或在所说明的范围 内的光子敏感，或者光伏电池40或IR光伏电池50对具有给定值、在给 定范围之内或大于一定值的光子不敏感，否则光伏电池40或IR光伏电 池50至少对这些光子敏感，并且对具有不同于给定值的波长、在给定的 范围之外的波长或小于一定值的波长的光子可以敏感或也可以不敏感。

在各种实施方案中，IR光伏电池50可以对具有以下值（所有值以μm 为单位）中的至少任意值的波长的光子敏感：0.20、0.21、0.22、0.23、0.24、 0.25、0.26、0.27、0.28、0.29、0.30、0.31、0.32、0.33、0.34、0.35、0.36、 0.37、0.38、0.39、0.40、0.41、0.42、0.43、0.44、0.45、0.46、0.47、0.48、 0.49、0.50、0.51、0.52、0.53、0.54、0.55、0.56、0.57、0.58、0.59、0.60、 0.61、0.62、0.63、0.64、0.65、0.66、0.67、0.68、0.69、0.70、0.71、0.72、 0.73、0.74、0.75、0.76、0.77、0.78、0.79、0.80、0.81、0.82、0.83、0.84、 0.85、0.86、0.87、0.88、0.89、0.90、0.91、0.92、0.93、0.94、0.95、0.96、 0.97、098、0.99、1.00、1.01、1.02、1.03、1.04、1.05、1.06、1.07、1.08、 1.09、1.10、1.11、1.12、1.13、1.14、1.15、1.16、1.17、1.18、1.19、1.20、 1.21、1.22、1.23、1.24、1.25、1.26、1.27、1.28、1.29、1.30、1.31、1.32、 1.33、1.34.1.35、1.36、1.37、1.38、1.39、1.40、1.41、1.42、1.43、1.44、 1.45、1.46、1.47、1.48、1.49、1.50、1.51、1.52、1.53、1.54、1.55、1.56、 1.57、1.58,1.59、1.60、1.61、1.62、1.63、1.64、1.65、1.66、1.67、1.68、 1.69、1.70、1.71、1.72、1.73、1.74、1.75、1.76、1.77、1.78、1.79、1.80、 1.81、1.82、1.83、1.84、1.85、1.86、1.87、1.88、1.89、1.90、1.91、1.92、 1.93、1.94、1.95、1.96、1.97、1.98或1.99（即，IR光伏电池50可以对 具有至少0.20μm、至少0.21μm、……、至少1.99μm的波长的光子敏 感）。在另一实施方案中，IR光伏电池50可以只对具有以下值（所有值 以μm为单位）中的至少任何值的波长的光子敏感，同时对具有小于该值 的波长的任何光子不敏感：0.20、0.21、0.22、0.23、0.24、0.25、0.26、 0.27、0.28、0.29、0.30、0.31、0.32、0.33、0.34、0.35、0.36、0.37、0.38、 0.39、0.40、0.41、0.42、0.43、0.44、0.45、0.46、0.47、0.48、0.49、0.50、 0.51、0.52、0.53、0.54、0.55、0.56、0.57、0.58、0.59、0.60、0.61、0.62、 0.63、0.64、0.65、0.66、0.67、0.68、0.69、0.70、0.71、0.72、0.73、0.74、 0.75、0.76、0.77、0.78、0.79、0.80、0.81、0.82、0.83、0.84、0.85、0.86、 0.87、0.88、0.89、0.90、0.91、0.92、0.93、0.94、0.95、0.96、0.97、098、 0.99、1.00、1.01、1.02、1.03、1.04、1.05、1.06、1.07、1.08、1.09、1.10、 1.11、1.12、1.13、1.14.1.15.1.16、1.17、1.18、1.19、1.20、1.21、1.22、 1.23.1.24.1.25、1.26、1.27、1.28、1.29、1.30、1.31、1.32、1.33、1.34、 1.35、1.36、1.37、1.38、1.39、1.40、1.41、1.42、1.43、1.44、1.45、1.46、 1.47、1.48、1.49、1.50、1.51、1.52、1.53、1.54、1.55、1.56、1.57、1.58,1.59、 1.60、1.61、1.62、1.63、1.64、1.65、1.66、1.67、1.68、1.69、1.70、1.71、 1.72、1.73、1.74、1.75、1.76、1.77、1.78、1.79、1.80、1.81、1.82、1.83、 1.84、1.85、1.86、1.87、1.88、1.89、1.90、1.91、1.92、1.93、1.94、1.95、 1.96、1.97、1.98或1.99（即，IR光伏电池50可以只对具有至少0.20μm、 至少0.21μm、……、至少1.99μm的波长的光子敏感；同时对分别具有 小于0.20μm、0.21μm、……、1.99μm的波长的任何光子不敏感。）在 优选实施方案中，IR光伏电池50对具有大于1微米的波长的光子敏感。 在另一优选实施方案中，IR光伏电池50对具有至少0.70微米的波长的光 子敏感。在又一优选实施方案中，IR光伏电池50对具有至少0.85微米的 波长的光子敏感。

在一些实施方案中，IR光伏电池50可以包括包含量子点的IR敏感 层。量子点可以为例如PbS量子点或PbSe量子点，但是实施方案不限于 此。

在许多实施方案中，太阳能板10可以包括在光伏电池40和/或IR光 伏电池50的一侧或两侧上的电极30。在一个实施方案中，光伏电池40 和IR光伏电池50的两侧包括透明阳极和透明阴极。每个电极层30可以 是本领域中已知的任意透明电极，例如包括氧化铟锡（ITO）、碳纳米管 （CNT）、氧化铟锌（IZO）、银纳米线以及镁:银/Alq3（Mg:Ag/Alq3）堆 叠层的层。每个电极层30可以包括含有除本文所明确列出那些以外的透 明导电氧化物（TCO）的TCO。在具体实施方案中，一个或多个透明电 极层可以为Mg:Ag/Alq3堆叠层使得Mg:Ag层具有10:1（Mg:Ag）的比 例。Mg:Ag层可以具有小于30nm的厚度，并且Alq3层可以具有从0nm 至200nm的厚度。每个电极层30可以对光谱的可见区域中的光的至少一 部分透明。每个电极层30可以对在光谱的红外区域中的光的至少一部分， 优选为所有的光透明。在一些实施方案中，每个电极层30可以对光谱的 可见区域中的光的至少一部分，优选为所有的光透明，并且对光谱的红外 区域中的光的至少一部分，优选为所有的光透明。在实施方案中，太阳能 板10可以包括在光伏电池40与IR光伏电池50之间的玻璃衬底60。例 如，可以在玻璃衬底60上制造IR光伏电池50，然后使玻璃衬底60结合 到也可以包括玻璃衬底60的光伏电池40上。

参考图2B，在另一实施方案中，太阳能板10可以使用在光伏电池 40与IR光伏电池50之间布置氩气的结构，使得从光伏电池40出来的光 在进入IR光伏电池50之前穿过氩气。具体实施方案使用容纳氩气的室 70。光伏电池40和IR光伏电池50二者可以部分或整体布置在室70的内 部和/或可以形成为室70的一部分。例如，光伏电池40和IR光伏电池 50均可以任选地包括玻璃衬底60，光伏电池40的玻璃衬底60可以用作 室70的顶部或底部，同时IR光伏电池50的玻璃衬底60也用作室70的 顶部或底部。根据本发明的具体实施方案的太阳能板10可以配置成使得 入射阳光20入射到光伏电池40和IR光伏电池50二者上并且阳光20的 至少一部分由光伏电池40吸收并且阳光20的至少一部分由IR光伏电池 50吸收。这样的构造如图2A和图2B所示，其中阳光20在穿过（任选 地）玻璃衬底60（在图2A中）或氩气（在图2B中）之后入射到光伏电 池40上并且入射到IR光伏电池50上。

尽管在图2A和图2B中标记的电极层30是透明的，但是实施方案不 限于此。也就是，每个电极层30可以对可见光的至少一部分透明和/或对 IR光的至少一部分透明，而可以对可见光的至少一部分不透明和/或对IR 光的至少一部分不透明。

在一个实施方案中，光伏电池40的顶部电极30可以是阳极或阴极， 并且对可见光的至少一部分和IR光的至少一部分透明。光伏电池40的底 部电极30可以是阳极或阴极，并且对IR光的至少一部分透明并且可以对 可见光的至少一部分透明。IR光伏电池50的顶部电极30可以是阳极或 阴极，并且对IR光的至少一部分透明且可以对可见光的至少一部分透明。 IR光伏电池50的顶部电极30可以是阳极或阴极，并且可以对IR光的至 少一部分透明，并且可以对可见光的至少一部分透明。

在一些实施方案中，太阳能板10可以以“倒置”模式操作，使得光 入射到IR光伏电池50的底部电极30上。在具体实施方案中，IR光伏电 池50的底部电极30可以是阳极或阴极，并且对可见光的至少一部分和 IR光的至少一部分透明。IR光伏电池50的顶部电极30可以是阳极或阴 极，并且对可见光的至少一部分透明且可以对IR光的至少一部分透明。 光伏电池40的底部电极30可以是阳极或阴极，并且对可见光的至少一部 分透明并且可以对IR光的至少一部分透明。光伏电池40的顶部电极30 可以是阳极或阴极，并且可以对IR光的至少一部分透明并且可以对可见 光的至少一部分。

在许多实施方案中，太阳能板10可以配置成使得入射到光伏电池40 的输入表面上的穿过光伏电池40并且从第一光伏电池40的输入表面出来 的光入射到IR光伏电池50的输入表面上并且进入IR光伏电池50。在另 一实施方案中，太阳能板10可以配置成使得入射到IR光伏电池50的输 入表面上的穿过IR光伏电池50并且从IR光伏电池50的输出表面出来 的光入射到光伏电池40的输入表面上并且进入光伏电池40。

在本发明的一个实施方案中，捕集且储存太阳能的方法可以包括布置 太阳能板使得阳光入射到太阳能板上，其中太阳能板包括：光伏电池，其 中光伏电池对具有在可见范围内的波长的光子敏感；和红外光伏电池，其 中红外光伏电池对具有大于1μm的波长的光子敏感。太阳能板可以是在 本文中如参照图2A和图2B所描述的。在许多实施方案中，光伏电池对 具有大于1μm的波长的光子不敏感。例如，光伏电池可以对在可见范围 内的光子敏感。在一个实施方案中，光伏电池可以对具有从约400nm至 约850nm的波长的光子敏感。

在许多实施方案中，入射到光伏电池40的输入表面上的光可以穿过 光伏电池40并且从第一光伏电池40的输出表面出来，然后可以入射到 IR光伏电池50的输入表面上并且进入IR光伏电池50。在另一实施方案 中，入射到IR光伏电池50的输入表面上的光可以穿过IR光伏电池50 并且从IR光伏电池50的输出表面出来，然后可以入射到光伏电池40的 输入表面上并且进入光伏电池40。

太阳能板的IR光伏电池可以至少对具有大于例如1μm的波长的光 子敏感。在一个实施方案中，IR光伏电池对具有最高为2500nm的波长 的光子敏感。在另一实施方案中，IR光伏电池对具有最高为约2000nm 的波长的光子敏感。在另一实施方案中，IR光伏电池对具有最高为约2000 nm的波长的光子敏感。在另一实施方案中，IR光伏电池对具有最高为 2000nm的波长的光子敏感。在又一实施方案中，IR光伏电池对具有在 从约850nm至约2000nm的范围内的波长的光子敏感。

在一些实施方案中，IR光伏电池可以包括包含量子点的IR敏感层。 量子点可以为例如PbS量子点或PbSe量子点，但是实施方案不限于此。

本发明的太阳能板可以配置成使得入射阳光入射到光伏电池和IR光 伏电池二者上并且阳光的至少一部分由光伏电池吸收并且阳光的至少一 部分由IR光伏电池吸收。

本发明也涉及形成太阳能板的方法。在一个实施方案中，制造太阳能 板的方法可以包括：形成光伏电池，其中光伏电池对具有在可见范围内的 波长的光子敏感；形成红外光伏电池，其中红外光伏电池对具有大于1μm 的波长的光子敏感；以及结合光伏电池和红外光伏电池。

光伏电池和IR光伏电池可以如在本文中参考图2A和图2B所描述 的。在许多实施方案中，光伏电池对具有大于1μm的波长的光子不敏感。 例如，光伏电池可以对在可见范围内的光子敏感，而对具有大于1μm的 波长的光子不敏感。在一个实施方案中，光伏电池可以对具有从约400nm 至约850nm的波长的光子敏感，而对具有小于约400nm或大于约850nm 的波长的光子不敏感。

太阳能板的IR光伏电池可以至少对具有大于例如1μm的波长的光 子敏感。在一个实施方案中，IR光伏电池对具有最高为2500nm的波长 的光子敏感。在另一实施方案中，IR光伏电池对最高为约2000nm的波 长的光子敏感。在另一实施方案中，IR光伏电池对最高为2000nm的波 长的光子敏感。在又一实施方案中，IR光伏电池对具有从约850nm至约 2000nm的范围内的波长的光子敏感。

在一些实施方案中，IR光伏电池可以包括包含量子点的IR敏感层。 量子点可以为例如PbS量子点或PbSe量子点，但是实施方案不限于此。

根据本发明的形成太阳能板的方法可以执行为使得太阳能板配置成 使得入射阳光入射到光伏电池和IR光伏电池二者上（也就是，阳光的至 少一部分由光伏电池吸收并且阳光的至少一部分由IR光伏电池吸收）。

在许多实施中，形成太阳能板的方法可以执行为使得入射到光伏电池 40的输入表面上的光可以穿过光伏电池40并且从第一光伏电池40的输 出表面出来，然后可以入射到IR光伏电池50的输入表面上并且进入IR 光伏电池50。在另一实施方案中，形成太阳能板的方法可以执行为使得 入射到IR光伏电池50的输入表面上的光可以穿过IR光伏电池50并且 从IR光伏电池50的输出表面出来，然后可以入射到光伏电池40的输入 表面上并且进入光伏电池40。

在一个实施方案中，形成太阳能板的方法可以包括：在玻璃衬底上制 造IR光伏电池，然后将玻璃衬底与光伏电池结合。该方法还可以包括： 在玻璃衬底上形成光伏电池，使得IR光伏电池的玻璃衬底与光伏电池的 玻璃衬底结合。

在另一实施方案中，将可以IR光伏电池涂覆在光学透明塑料膜上， 并且然后将光学透明塑料膜层叠到光伏电池上。

在又一实施方案中，形成太阳能板的方法可以包括形成利用如下结构 的太阳能板：在光伏电池与IR光伏电池之间布置气体（例如，氩气），使 得从光伏电池出来的光在进入IR光伏电池之前穿过气体。气体可以为例 如氩气，但是实施方案不限于此。具体实施方案可以包括形成容纳气体（例 如，氩气）的室。光伏电池40和IR光伏电池50二者可以部分或整体布 置在室70的内部和/或可以形成为室70的一部分。在一些实施方案中， 可以在玻璃衬底上制造IR光伏电池，可以在分开的玻璃衬底上制造光伏 电池，可以形成室的壁，然后可以使IR光伏电池和光伏电池与室壁接触 使得玻璃衬底形成为室的顶部和底部，如图2B所示。

IR光电探测器的制造在之前参考的要求美国临时专利申请系列第 61/416,630号（2010年11月23号提交）的优先权的美国专利申请系列 第13/272,995号（2011年10月13号提交）中描述，和/或在美国临时专 利申请系列第61/416,630号（2010年11月23号提交）中描述，并且现 在将再次详细地描述。

要求美国临时专利申请系列第61/416,630号（2010年11月23号提 交）的优先权的美国专利申请系列第13/272,995号（2011年10月13号 提交）、和/或美国临时专利申请系列第61/416,630号（2010年11月23 号提交）描述了用于用作传感器使用和用于在上转换器件中使用的具有高 探测灵敏度的红外光电探测器。当暗电流为主要的噪声因素时，探测灵敏 度可以表示为以下等式（1）。

D*=R/(2qJ_d)^1/2   （1）

其中R为响应度，J_d为暗电流密度，并且q为元电荷（1.6×10^-19C）。为 了获得具有最佳探测灵敏度的光电探测器，需要非常低的暗电流密度。根 据本发明的实施方案的光电探测器包括具有深的最高被占用分子轨道 （HOMO）的空穴阻挡层（HBL）以及具有高的最低空余分子轨道 （LUMO）的电子阻挡层（EBL），其中将EBL置于IR光敏层的阳极面 对表面上并且将HBL置于IR光敏层的阴极面对表面上。层的厚度可以 在从约20nm到约500nm的范围内，并且其中电极之间的总间距小于5 μm。根据本发明的实施方案的IR光电探测器在小于5V的施加电压下提 供高探测灵敏度。

IR光敏层可以为包含有机或有机金属的材料或无机材料。该材料可 以完全吸收IR的延伸超出近IR（700nm至1400nm）的大部分，例如 延伸到最高达1800nm、2000nm、2500nm或更大的波长。示例性的包 含有机或有机金属的材料包括：二萘嵌苯-3,4,9,10-四羧酸-3,4,9,10-双酐 （PCTDA）、酞菁锡（II）（SnPc）、SnPc:C₆₀、氯铝酞菁（AlPcCl）、 AlPcCl:C₆₀、钛氧基酞菁（TiOPc）、以及TiOPc:C₆₀。用作光敏层使用的 无机材料包括：PbSe量子点（QD）、PbS QD、PbSe薄膜、PbS薄膜、 InAs、InGaAs、Si、Ge以及GaAs。

HBL可以为包括以下但不限于包含有机或有机金属的材料：2,9-二甲 基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉（BCP）、p-双（三苯基甲硅烷基）苯（UGH2）、 4,7-二苯基-1,10-菲咯啉（Bphen）、三（8-羟基喹啉）铝（Alq3）、3,5’-N,N’- 联咔唑-苯（mCP）、C₆₀以及三[3-（3-吡啶）-基]硼烷（3TPYMB）。可 替代地，HBL可以为包括但不限于ZnO或TiO₂的薄膜或纳米颗粒的无 机材料。

EBL可以为有机材料，例如但不限于：聚（9,9-二辛酯-芴-共-N-（4- 丁基苯基）二苯胺）（TFB）、1,1-双[二-4-甲苯基氨基]苯基环己烷（TAPC）、 N,N’-二苯基-N,N’（2-萘基）-（1,1’-二苯基）-4,4’二胺（NPB）、N,N’-二 苯基-N,N’-二（m-甲苯基）联苯胺（TPD）、聚-N,N’-双4-丁基苯基-N,N’- 双-苯基联苯胺（聚TPD）、或聚苯乙烯-N,N-二苯基-N,N-双（4-n-丁基苯 基）-（1,10-二苯基）-4,4-二胺-全氟环丁烷（PS-TPD-PFCB）。

光电探测器被制备为不具有阻挡层、具有作为EBL的聚TPD并且具 有作为HBL的ZnO纳米颗粒，并且分别用聚TPD和ZnO纳米颗粒作为 EBL和HBL，其中IR光敏层包括PbSe纳米晶体。对于从无阻挡层的光 电探测器到具有EBL和HBL的光电探测器，光电探测器的暗电流-电压 （J-V）曲线下降了大于3个数量级。具有两者阻挡层的光电探测器对于 IR以及小于950nm的可见波长示出大于10¹¹Jones的探测灵敏度。

也构造了不具有阻挡层并且具有EBL和HBL层的无机纳米颗粒光 电探测器。光电探测器包括各种HBL（BCP、C60或ZnO）、EBL（TFB 或聚TPD），以及包含PbSe量子点的IR光敏层。尽管降低的数量有差别， 但是位于包含PbSe掺杂的光电探测器上的EBL和HBL的布置导致在低 施加电压下的暗电流的显著降低。

本文提及或引用的所有专利、专利申请、临时申请以及出版物的全部 内容（包括所有图和表）在它们不与本说明书的明确教导相矛盾的程度上 并入本文。

应该理解，本文所描述的实施例和实施方案仅为了说明性目的，本领 域的普通技术人员会想到各种修改或变化方案，并且这些修改和变化方案 包括在本申请的精神和范围之内。