用于透明光伏器件的多层透明电极的方法和系统与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年9月14日提交的名称为“用于透明光伏器件的多层透明电极的方法和系统”的第62/731,600号美国临时专利申请的优先权，其公开内容在此通过引用以整体并入本文中以用于所有目的。

背景技术：

对能够集成到住宅和摩天大楼中的建筑玻璃、汽车玻璃以及用于台式监视器、膝上型或笔记本计算机、平板计算机、移动电话、电子阅读器等中的显示屏中的透明光伏器件的兴趣日益增长。透明光伏器件可以包括透射可见光波长并且可以选择性地吸收紫外(ultraviolet，uv)和近红外(nearinfrared，nir)波长的光的活性材料。对于建筑玻璃应用，存在着对表现出平均可见光透射率(averagevisibletransmission，avt)与太阳光透射分数(fractionofsolartransmission,tsol)的高比率、高选择性(定义为avt与太阳热增益系数(solarheatgaincoefficient，shgc)的比率)和低发射率值的改进的透明光伏器件的需求。

技术实现要素：

根据本发明的一些实施例，可以包括一个或多个离散金属层的多层顶部电极被用于透明光伏器件中，以改善器件中的nir反射，该nir反射会降低tsol、shgc和器件发射率。

根据本发明的一个实施例，提供了一种透明光伏器件。透明光伏器件包括透明衬底和联接到透明衬底的透明底部电极。透明光伏器件还包括透明多层顶部电极和联接到透明底部电极的有源层，该透明多层顶部电极包括联接到有源层的籽晶层和联接到籽晶层的金属层。透明光伏器件的特征在于具有大于25％的平均可见光透射率(avt)和小于100ohm/sq(欧姆/平方)的顶部电极薄层电阻。在具体实施例中，avt与透射太阳光辐射分数之比(avt/tsol)大于1.3且小于或等于2.5。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种透明光伏器件。透明光伏器件包括透明衬底和联接到透明衬底的透明底部电极。透明光伏器件还包括透明多层顶部电极和联接到透明底部电极的有源层。透明多层顶部电极包括沉积在有源层上的籽晶层、沉积在籽晶层上的第一金属层、沉积在第一金属层上的互连层以及沉积在互连层上的第二金属层。透明光伏器件的特征在于大于25％的平均可见光透射率(avt)和小于100ohm/sq的顶部电极薄层电阻。在具体实施例中，avt与透射太阳辐射分数(fractionoftransmittedsolarradiation)之比(avt/tsol)大于1.7且小于或等于2.5。

根据本发明的一个具体实施例，提供了一种包括透明光伏器件的绝缘玻璃单元(insulatedglassunit，igu)。igu包括第一玻璃窗(firstglazing)和与第一玻璃窗相对的第二玻璃窗(secondglazing)。透明光伏器件设置在第一玻璃窗和第二玻璃窗之间，并且包括透明衬底、联接到透明衬底的透明底部电极、联接到透明底部电极的有源层、以及透明多层顶部电极。透明多层顶部电极包括联接到有源层的电荷选择性籽晶层(chargeselectiveseedlayer)和联接到电荷选择性籽晶层的金属层。绝缘玻璃单元具有大于25％的平均可见光透射率(averagevisibletransmission，avt)。在一些实施例中，igu的特征在于选择性大于1.3且小于或等于2.5，但是本发明并不必需如此。

根据一些实施例，光伏器件包括透明衬底、联接到透明衬底的透明底部电极、联接到透明底部电极的有源层(其可以包括串叠型电池或多结电池)、以及透明顶部电极。透明底部电极可包括第一透明导电氧化物层、第二金属层和第二透明导电氧化物层。在一些实施例中，有源层在可见光波长范围内是透明的，并且有源层可以包括在nir中具有选择性吸收的有机小分子半导体。

透明顶部电极包括联接到有源层的籽晶层和联接到籽晶层的金属层，该籽晶层可以是电荷选择性籽晶层。籽晶层可以包括hat-cn、tpb1:c60、氧化铟锡(ito)、zno、sno2、锑掺杂氧化锡(antimonydopedtinoxide，ato)、铝掺杂氧化锌(aluminum-dopedzinc-oxide，azo)、铟掺杂氧化镉、氟掺杂氧化锡(fluorinedopedtinoxide，fto)中的一者或其组合，并且可以具有0.1nm至100nm范围内的籽晶层厚度。金属层可以包括ag、au、al、sn或cu中的至少一者。在一些实施例中，金属层包括ag、au、sn、al、cu的合金或其组合的合金，例如al掺杂的ag或sn掺杂的ag。金属层具有3μm至30μm范围内的厚度。透明顶部电极还可以包括联接到金属层的抗反射层。

光伏器件的特征在于，avt值大于25％，顶部电极薄层电阻小于100ohm/sq。avt可以大于35％、大于45％、或大于60％。

根据另一些实施例，透明光伏器件包括透明衬底、联接到透明衬底的透明底部电极、联接到透明底部电极的有源层、以及透明顶部电极。透明顶部电极包括联接到有源层的籽晶层、联接到籽晶层的第一金属层、联接到第一金属层的互连层(例如透明导电氧化物)、以及联接到互连层的第二金属层。光伏器件的特征在于，avt大于25％，且顶部电极薄层电阻小于100ohm/sq。

有源层可以包括透明有机或无机材料。互连层具有5μm至120μm范围内的厚度。第一金属层和第二金属层中的每一者可具有3μm至30μm范围内的厚度。籽晶层可以是电荷选择性的。作为示例，籽晶层可以包括hat-cn、tpb1:c60、氧化铟锡(ito)、zno、sno2、锑掺杂氧化锡(antimonydopedtinoxide，ato)、铝掺杂氧化锌(aluminum-dopedzinc-oxide，azo)、铟掺杂氧化镉、氟掺杂氧化锡(fluorinedopedtinoxide，fto)中的一者或其组合。顶部电极还可以包括联接到第二金属层的抗反射层。透明底部电极可以包括透明导电氧化物。在其他实施例中，透明底部电极包括第一透明籽晶层(例如，透明导电氧化物或透明氧化物)、第三金属层和电荷选择性层(例如，透明导电氧化物或透明氧化物)。

根据一些其他实施例，一种光伏器件包括：透明衬底、联接至透明衬底的透明底部电极、(一个或多个)有源层以及多层顶部电极，该(一个或多个)有源层包括单个结或通过联接至透明底部电极的电荷复合区连接的多个结。多层顶部电极包括联接到该(一个或多个)有源层的电荷选择性籽晶层和联接到电荷选择性籽晶层的金属层。光伏器件的特征在于，avt大于25％，且顶部电极薄层电阻(sheetresistance)小于约100ohm/sq。

有源区可以包括单个结或通过电荷复合区连接的多个结。在一个实施例中，有源区包括在nir中具有选择性吸收的有机小分子半导体。透明多层顶部电极可以包括联接到金属层的互连层和联接到互连层的第二金属层。透明多层顶部电极还可以包括联接到第二金属层的抗反射层。在一个实施例中，透明多层顶部电极包括一个或多个附加互连层和一个或多个附加金属层，该一个或多个附加互连层中的每一个附加互连层联接到该一个或多个附加金属层中的相邻金属层。此外，透明多层顶部电极可以包括联接到一个或多个附加金属层的最顶部金属层的抗反射层。

电荷选择性籽晶层可以包括hat-cn、tpb1:c60、氧化铟锡(ito)、zno、sno2、锑掺杂氧化锡(antimonydopedtinoxide，ato)、铝掺杂氧化锌(aluminum-dopedzinc-oxide，azo)、铟掺杂氧化镉、氟掺杂氧化锡(fluorinedopedtinoxide，fto)或其组合。电荷选择性籽晶层可以具有0.1nm至100nm的范围内的厚度。金属层可以包括ag、au、al、sn或cu。金属层可以包括ag、au、sn、al或cu的合金或其组合的合金，例如al掺杂的ag并可以具有3nm至30nm范围内的厚度。互连层(其可以是透明导电氧化物或透明氧化物)可以具有5nm至120nm范围内的厚度。透明底部电极可以包括透明导电氧化物。

根据本发明的一个可替代实施例，提供了一种光伏器件。光伏器件包括透明衬底、联接到透明衬底的透明底部电极、联接到透明底部电极的有源层、以及透明顶部电极。透明顶部电极包括联接到有源层的电荷选择性籽晶层和联接到电荷选择性籽晶层的第一金属层。光伏器件的特征在于，吸收峰在650nm以上或450nm以下的波长处、平均可见光透射率大于25％、以及选择性大于1.3。在一个实施例中，光伏器件还包括联接到第一金属层的互连层和联接到互连层的第二金属层。第二金属层通过互连层电联接到第一金属层。在一个实施例中，选择性大于1.4，例如在1.4和2.19之间，尽管这不是本发明所必需的。

附图说明

图1示出了根据本发明一些实施例的透明光伏器件的示意性截面图，该透明光伏器件包括多层顶部电极。

图2a示出了根据本发明的一些实施例的光伏器件的示意性截面图，该光伏器件包括具有单个金属层的多层顶部电极。

图2b示出了根据本发明的一些实施例的光伏器件的示意性截面图，该光伏器件包括具有单个金属层的多层底部电极，该具有单个金属层的多层底部电极与具有单个金属层的多层顶部电极配对。

图3a示出了根据本发明的一些实施例的光伏器件的示意性截面图，该光伏器件包括具有两个金属层的多层顶部电极。

图3b示出了根据本发明的一些实施例的光伏器件的示意性截面图，该光伏器件包括具有单个金属层的多层底部电极，该具有单个金属层的多层底部电极与具有两个金属层的多层顶部电极配对。

图4示出了根据本发明的一些实施例的其中电荷选择性籽晶层用作透明光伏器件内的电子传输层的示意性能级图。

图5示出了根据本发明的一些实施例的其中电荷选择性籽晶层用作透明光伏器件内的空穴传输层的示意性能级图。

图6示出了根据本发明一些实施例的对于各种类型的顶部电极配置的avt的实验值与薄层电阻的实验值的关系。

图7a示出了根据本发明一些实施例的对于商业ito电极(实线)、具有单个ag层的多层电极(短划线)和具有两个ag层的多层电极(点线)的模拟透射曲线与波长的关系。

图7b示出了根据本发明一些实施例的对于商业ito电极(实线)、具有单个ag层的多层电极(短划线)和具有两个ag层的多层电极(点线)的模拟反射曲线与波长的关系。

图8示意性地展示出了根据本发明一些实施例的多层顶部电极的反射曲线与波长的关系(实线)、非选择性有源层吸收体的代表性吸收曲线(短划线)、以及当与该多层顶部电极配对时对应的增强吸收曲线(点线)。

图9示出了根据本发明一些实施例的分别对于d100、c60和d100:c60共混物的吸收系数的示例性光谱。

图10a示出了根据本发明的一些实施例的对于opv的各种电极配置的模拟透射曲线与波长的关系。

图10b示出了根据本发明一些实施例的对于opv器件的各种电极配置的模拟反射曲线与波长的关系。

图10c示出了根据本发明一些实施例的对于opv器件的各种电极配置的模拟有源层吸收曲线与波长的关系。

图11a示出了在根据本发明一些实施例的有源层中包括cuin0.69ga0.31se(cigs)的无机光伏器件中使用的两种电极配置的模拟透射曲线与波长的关系。

图11b示出了在根据本发明一些实施例的有源层中包括cigs的无机光伏器件中使用的两种电极配置的模拟反射曲线与波长的关系。

图11c示出了在根据本发明一些实施例的有源层中包括cigs的无机光伏器件中使用的两种电极配置的模拟有源层吸收曲线与波长的关系。

图12a示出了在根据本发明一些实施例的有源层中包括甲铵铅碘盐(mapbi3)钙钛矿的光伏器件中使用的两种电极配置的模拟透射曲线与波长的关系。

图12b示出了在根据本发明一些实施例的有源层中包括mapbi3钙钛矿的光伏器件中使用的两种电极配置的模拟反射曲线与波长的关系。

图12c示出了在根据本发明一些实施例的有源层中包括mapbi3钙钛矿的光伏器件中使用的两种电极配置的模拟有源层吸收曲线与波长的关系。

图13是汇总根据本发明的各种实施例的如关于图10a-10c、图11a-11c和图12a-12c所讨论的具有各种电极和有源层组合的透明光伏器件的结构和特性的表。

图14a示出了根据本发明的一些实施例的在被校准至am1.5g照明的太阳光模拟器下测试的具有各种电极和有源层组合的opv的实验电流密度-电压曲线。

图14b示出了根据本发明的一些实施例的这些opv的对应的外量子效率(externalquantumefficiency，eqe)曲线与波长的关系。

图14c示出了从根据本发明的一些实施例的实验获得的各种opv的对应透射曲线与波长的关系。

图15a示出了根据本发明的一些实施例的有机有源层材料的吸收系数的示例性光谱。

图15b示出了根据本发明的一些实施例的在被校准至am1.5g照明的太阳光模拟器下测试的opv的实验电流密度-电压曲线。

图15c示出了根据本发明的一些实施例的图15b的opv的对应eqe曲线与波长的关系。

图15d示出了从根据本发明的一些实施例的实验获得的图15b的opv的对应透射曲线与波长的关系。

图16是汇总根据本发明的一些实施例的如图10a-10c、图14a-14c和图19b-19c中所讨论的各种电极组合的测量的光学和电学性能的表。

图17是汇总根据本发明的一些实施例的如图10a-10c、图14a-14c、图15a-15d和图19b-19c中所讨论的包括各种电极组合的透明opv的测量的光学和电学性能的表。

图18是示出根据本发明的各种实施例的具有不同电极配置的各种有机光伏器件(opv)的实验发射率值的表。

图19a示出了示例绝缘玻璃单元(igu)构造的示意图，该示例绝缘玻璃单元(igu)构造用于计算本发明中的光伏器件的热特性。

图19b是汇总根据本发明的各种实施例的、当被集成至根据图19a的绝缘玻璃单元中时，如关于图10a-10c、图11a-11c、图12a-12c和图15a-15d所讨论的具有各种电极和有源层组合的透明光伏器件的结构和特性的表。

图19c是汇总根据本发明的一些实施例的，如果它们被集成至如图19a的绝缘玻璃单元中时，如图10、图13、图14a-14c和图15a-15d中所讨论的包括各种电极组合的透明opv的测量的光学和电学性能的表。

具体实施方式

平均可见光透射率(averagevisibletransmission，avt)被定义为相对于人眼的白昼视觉响应(photopicresponse)的透射光谱的加权平均值。

其中λ是波长，t是透射率，p是白昼视觉响应，而s是用于窗口应用或用于其它应用的太阳光子通量(am1.5g)。在窗口工业中，avt也被称为tvis。对于本发明的目的，词语“透明”意味着avt大于零。

tsol是允许通过介质的太阳辐射的分数，并且其可以称为透射太阳辐射分数。当透明光伏器件被用于建筑玻璃应用时，可能期望透明光伏器件是有选择性的，因为它拒绝尽可能多的太阳光谱以实现低的tsol值，同时仍允许透射显著分数的可见光。这可以被量化为avt与tsol的比率(avt/tsol)，其中通常希望有较大的值。通过保持高avt同时尽可能多地拒绝非可见光，可以将透明光伏器件设计为具有高(avt/tsol)。在nir和ir波长中的相对高的反射可能降低tsol。

根据本发明的一些实施例，透明光伏器件可以利用包括一个或多个离散的金属层的多层顶部电极，以实现在nir和ir波长中的高avt、增强的有源层吸收(从而实现更大的短路电流密度jsc)、高avt/tsol、低发射率(low-e)以及电极的低薄层电阻。在一些实施例中，还可以利用包括一个或多个离散的金属层的多层底部电极。

图1示出了根据本发明一些实施例的透明光伏器件100的示意性截面图。透明光伏器件100可以包括透明衬底110、透明底部电极120、有源层130和多层顶部电极140。衬底110可以包括玻璃、石英或聚合物材料。

底部电极120可以包括透明氧化物，例如氧化铟锡(indiumtinoxide，ito)、zno、sno2、锑掺杂氧化锡(antimonydopedtinoxide，ato)、铝掺杂氧化锌(aluminum-dopedzinc-oxide，azo)、铟掺杂氧化镉、氟掺杂氧化锡(fluorinedopedtinoxide，fto)、氧化铟锌(indiumzincoxide，izo)、碳纳米管、石墨烯、银纳米线或其组合。在一些实施例中，底部电极120还可以包括一个或多个离散的金属层，类似于多层顶部电极140。

有源层130可以包括单个层或多个层。有源层可以包括有机半导体材料，例如小分子或聚合物或其它分子激子材料。有源层还可以包括无机材料，例如cuin1-xgaxse(cigs)、非晶si、碘化甲基铵铅(mapbi3)钙钛矿、量子点和碳纳米管等。一些常见的有机小分子可以包括酞菁、卟啉、萘酞菁、方酸、硼-二吡咯亚甲基、富勒烯、萘以及苝。一些示例包括作为电子施体的酞菁氯化铝(chloroaluminumphthalocyanine，clalpc)或酞菁锡(snpc)和作为电子受体的富勒烯(c60)。在第2012/0186623号和第2018/0108846号美国专利申请公开、第16/010,374号、16/010,364号、16/010,365号、16/010,371号和16/010,369号的美国专利申请以及序列号pct/us2018/037923的pct申请中提供了用于有源层的可能材料的附加描述，它们的内容在此通过引用以整体并入本文中以用于所有目的。

多层顶部电极140可以包括电荷选择性籽晶层150、金属层1160a和抗反射层190。抗反射层190是可选的。多层顶部电极140还可以包括一个或多个附加的离散金属层160a至160n以及一个或多个互连层170a至170n，其中每个相应的互连层170设置在每对相邻金属层160之间。电荷选择性籽晶层150、金属层1160a、互连层1170a和抗反射层190中的每一者可以包括单个层或多个层。因此，尽管金属层160可以用共同的参考数字来指代，但是应当理解，存在于这些金属层160每个金属层160中的金属材料可以是不同的金属。作为示例，对于金属层1160a可以利用第一金属(或金属合金)，而对于金属层2160b可以利用不同的金属(或金属合金)。类似地，尽管连接层170可以用共同的参考数字来指代，但是应当理解，存在于这些连接层170中每个连接层170中的材料可以是不同的金属。本领域普通技术人员将认识到许多变化、修改和替代。

电荷选择性籽晶层150可以包括氧化物、有机材料、难熔金属或其组合。电荷选择性籽晶层150可以充当电荷载流子传输层(例如，电子传输层或空穴传输层)。电荷选择性籽晶层150可表现出促进上覆金属层(overlyingmetallayer)1160a的适形生长的导电性和电子特性。在各种实施例中，籽晶层可以具有0.1nm至100nm的范围内的厚度。例如，籽晶层的厚度可以小于1nm、小于5nm、小于10nm、小于20nm、小于30nm、小于40nm、小于50nm、或小于100nm。

每个金属层160可以包括例如ag、au、al或cu等的纯金属或者例如al:ag等的掺杂金属或者层叠有例如cr等超薄难熔金属的ag。金属层1160a可以在各个层当中具有最低的电阻，并且可以提供用于多层顶部电极140中的横向电荷传导的优势路径。在各种实施例中，金属层可以具有在3nm至30nm的范围内(例如3nm至10nm的范围内、10nm至15nm范围内、15nm至20nm范围内、20nm至25nm范围内或者25nm至30nm范围内)的厚度。

每个互连层170可包括氧化物、有机材料、难熔金属或其组合。互连层170a可以用作光学间隔物，同时在两个相邻金属层之间提供电连接，以使得复合电极140的总薄层电阻与具有单个金属层的多层电极的总薄层电阻相比减小。在各种实施例中，互连层可以具有1nm至120nm范围内的厚度。例如，该厚度可以小于5nm、小于10nm、小于20nm、小于30nm、小于40nm、小于50nm、小于60nm、小于70nm、小于80nm、小于90nm、小于100nm、小于110nm、或小于120nm。

抗反射层190可以是减少可见光波长处的反射同时提高整个光伏器件100的avt的光学工程层(opticallyengineeredlayer)。抗反射层190不必需是导电的，其可以包括氧化物、碳化物、氮化物、硫化物或有机材料。

图2a示出了根据本发明的一些实施例的光伏器件200的示意性截面图，该光伏器件200包括具有单个金属层260的多层顶部电极240。多层顶部电极240可以包括电荷选择性籽晶层250、金属层260和抗反射层290。电荷选择性籽晶层250、金属层260和抗反射层290中的每一者可以包括单个层或多个层(即，多个子层)。因此，在本说明书中使用的术语“层”不一定意味着一致材料的单个单元，而是可以包括用以形成层的多个子层。作为示例，抗反射涂层可以由形成该涂层的单层材料或多层不同材料组成。相应地，此涂层或本文中所述的其它层可被称为层，但所述层会包括多个子层。多层顶部电极240可以允许同时优化光伏器件200的电导率和光透射率，导致与其它透明电极(例如ito、fto、azo或其它透明导电氧化物)相比改善的avt和薄层电阻值。

图2b示出了根据本发明的一些实施例的光伏器件202的示意性截面图，该光伏器件202包括与多层顶部电极240配对的多层底部电极220。多层底部电极220可以包括籽晶层222、金属层224和电荷选择性层226。籽晶层222、金属层224和电荷选择性层226中的每一者可以包括单个层或多个层。可选的籽晶层222可包括可以促进上覆薄金属层的适形生长的氧化物、硫化物、有机材料、难熔金属或其组合。这些籽晶层222不必需是导电的。然而，使用导电层可以有益于降低多层底部电极220的总薄层电阻。可选的电荷选择性层226可以包括氧化物、硫化物、氟化物、金属和/或有机材料，以使得金属层224电连接至光伏器件200中的有源层130。

根据本发明的一些实施例，透明光伏器件可以利用具有由互连层间隔开的多个离散的金属层的顶部电极来同时优化avt/tsol、发射率和器件性能。

图3a示出了根据本发明的一些实施例的光伏器件300的示意性截面图，该光伏器件200包括具有两个金属层360和380的多层顶部电极340。多层顶部电极340可以包括电荷选择性籽晶层350、第一金属层360、互连层370、第二金属层380和抗反射层390。抗反射层390是可选的。电荷选择性籽晶层350、第一金属层360、互连层370、第二金属层380和抗反射层390中的每一者可以包括单个层或多个层。第二金属层可以类似于本文中所述的第一金属层。作为示例，第二金属层可以具有在3nm至10nm、10nm至15nm、15nm至20nm、20nm至25nm或25nm至30nm范围内的厚度。

图3b示出了根据本发明的一些实施例的光伏器件302的示意性截面图，该光伏器件302包括与多层顶部电极340配对的多层底部电极320。多层底部电极320可以包括籽晶层322、金属层324和电荷选择性层326。

下面更详细地讨论多层电极中各种层的性质和功能。

电荷选择性籽晶层可以包括单个层或多个层。电荷选择性籽晶层优选是导电的，并且具有适合作为电荷载流子传输层的电子性质。当用作电子传输层时，电荷选择性籽晶层内与有源层相邻的层可以具有与有源层电子亲合性(electronaffinity，ea)对准的电子亲合性(ea)和高电子迁移率。这些特性可以允许电子流过该层，同时空穴被“阻挡”并且不能通过。这种电子选择性层可以包括tpbi、富勒烯、c60、c70、tpbi:c60、bcp、bphen、pei、peie、ntcdi、ntcda、ptcbi、氟化物如lif、zno、tio2，及其组合和衍生物。当用作空穴传输层时，电荷选择性籽晶层内与有源层相邻的层可以具有与有源层电离电势(ionizationpotential，ip)对准的电离电势(ip)和高空穴迁移率。空穴传输层可以允许空穴流过该层，同时电子被“阻挡”。这种空穴选择性层可以包括hat-cn、tapc、spiro-ometad、npb、npd、tptpa、moo3、wo3、v2o5及其组合和衍生物。

图4示出了根据本发明的一些实施例的其中电荷选择性籽晶层用作透明光伏器件内的电子传输层的示意性能级图。阴极和阳极的功函数分别标记为φf,c和φf,a。电荷选择性籽晶层的ea与有源层的ea对准，以允许电子流过该层。电荷选择性籽晶层的ip大于有源层的ip，以使得空穴被“阻挡”到达用作阴极的金属层。

图5示出了根据本发明的一些实施例的其中电荷选择性籽晶层用作透明光伏器件内的空穴传输层的示意性能级图。电荷选择性籽晶层的ip与有源层的ip对准，以允许空穴流过该层。电荷选择性籽晶层的ea小于有源层的ea，以使得电子被“阻挡”到达用作阳极的金属层。

电荷选择性籽晶层的顶部表面的特征可以在于与上覆金属层的相对较低的界面能。降低电荷选择性籽晶-金属界面的自由能，促进了上覆金属层的适形生长(与岛形成或三维生长相反)。在一些实施例中，电荷选择性籽晶层的特性可导致上覆金属层的小于其厚度的约50％的表面粗糙度。这种顶部表面层可以包括zno、azo、ito、sno2、例如zns等的硫化物、例如ti、cr、ni和ni:cr等的难熔金属层(例如，1nm～2nm)以及例如如以上所列等的有机半导体。多层电荷选择性种子可以包括例如如上所述的tpbi:c60/zno、tpbi:c60/ito、tpbi:c60/azo、tpbi:c60/sno2、hatcn/moo3、zno/cr、tio2/ni:cr等的层的组合。

在一些实施例中，电荷选择性籽晶层的特征可以在于具有相对低的光学消光系数(k)，以使得寄生吸收最小化。电荷选择性籽晶层可以被配置成通过调节(tune)有源层内的光场轮廓来改善整个光伏器件的avt。例如，可以定制电荷选择性籽晶层的成分的折射率(或多个折射率)和它们的厚度以实现这种效果。在籽晶的k不被最小化的情况下，可以调节其吸收特征以实现光伏器件堆叠的期望颜色。电荷选择性籽晶层可以具有约1nm至约100nm的范围内的厚度。

可通过真空热蒸发(vacuumthermalevaporation，vte)、有机气相沉积(organicvaporphasedeposition，ovpd)、电子束物理气相沉积(electronbeamphysicalvapordeposition，ebpvd)、溅射、原子层沉积(atomiclayerdeposition，ald)、化学气相沉积(chemicalvapordeposition，cvd)或溶液处理来沉积电荷选择性籽晶层。

每个金属层可以包括单个层或多个层。每个金属层160可以包括例如ag、au、al或cu等的纯金属，或者例如al:ag和sn:ag等的掺杂金属，或者其组合。在一些实施例中，掺杂浓度可以小于约10％。可以有利地使用ag，因为与其它金属相比，ag提供更少的寄生吸收和更高的可见光透射率。可以通过溅射、vte、ebpvd、cvd或溶液处理来沉积每个金属层。

金属层可以在多层顶部电极的各种层当中具有最高的导电性。因此，金属层可以提供用于多层顶部电极中的横向电荷传导的优势路径。每个金属层的特征可以在于具有相对低的薄层电阻。例如，每个金属层的薄层电阻可以小于约100ohm/sq。金属层的薄层电阻可以小于50ohm/sq、小于30ohm/sq、小于20ohm/sq、小于10ohm/sq或小于5ohm/sq。在一个具体的实施例中，金属层的薄层电阻范围从10ohm/sq至10ohm/sq。

在多层顶部电极中使用金属可以提供在nir和ir波长范围内相对高的反射，以使得nir/ir光可以被反射回有源层中用于第二次通过，从而增加有源层对nir/ir光的总吸收，如下面参考图7a-7b和图8所讨论的那样。结果，jsc可以在该波长范围内被选择性地增强。

金属层的使用可降低光伏器件的发射率(例如，低于约0.2)并增加avt/tsol(例如，大于1.4)。金属层的高ir反射率导致低热再辐射效率，并因此导致低发射率值。高nir反射率降低tsol同时保持高avt。这导致光伏器件的高的avt/tsol比率。

每个金属层可以具有约5nm至约30nm的范围内的厚度。通常，增加厚度可导致降低的avt和降低的发射率，同时降低多层顶部电极的薄层电阻。因此，对于透明的光伏器件，在avt和rsh/tsol/发射率之间可能存在折衷。通过开发多层顶部电极的光学特性，可以缓和这种折衷。

每个互连层可以用作两个相邻金属层之间的光学间隔物，并且可以帮助在多层顶部电极中创建谐振模式，以使得其优先透射可见光，同时拒绝uv和nir/ir波长。这样，互连层可以帮助增加多层顶部电极的avt/tsol的比率。互连层的特征可以在于具有可见波长范围(例如，从大约400nm至大约700nm)内的相对低的k值，以使得寄生吸收最小化。可以组合使用多个层以定制光伏器件的透射颜色和反射颜色、avt、tsol和avt/tsol。

每个互连层可以包括单个层或多个层，并且可以具有大约5nm至大约100nm的范围内的厚度。每个互连层可以包括导电氧化物(例如，ito、zno、azo、izo、tio2、wo3、moo3、v2o5、nio和sno2)、例如zns等硫化物或者例如pedot:pss、hat-cn、tapc、ntcdi、ntcda和tpbi等有机材料，或其组合和衍生物。可以通过溅射、vte、ebpvd、ald、cvd或溶液处理来沉积每个互连层。

与电荷选择性籽晶层类似，互连层的顶部表面的特征可以在于与上覆金属层的相对较低的界面能，以促进上覆金属层的适形生长。每个互连层可以包括例如ti、cr、ni或nicr等的薄金属层(例如，1nm～2nm)，以促进相邻金属层与互连层的粘附。

互连层可以具有一些导电性以在两个相邻金属层之间提供垂直电荷传导路径。这样，具有多个金属层的多层顶部电极的总薄层电阻可以降低到低于具有仅第一金属层的多层顶部电极的总薄层电阻。降低的薄层电阻可以导致较低的发射率值。因为每个互连层相对较薄(例如，5nm～100nm厚)，所以互连层在垂直方向上的电阻可能仍然相当低，从而导致多层顶部电极的总体薄层电阻相对较低。

抗反射层可以包括单个层或多个层。在本发明的一些实施例中，抗反射层可以包括例如sio2、ito、zno、azo、izo、tio2、wo3、moo3、v2o5、sno2、nio、al2o3、nb2o5和hfo2等的氧化物，例如hat-cn、tapc、bcp、bphen、tpbi、ntcdi和ntcda及其组合和衍生物等的有机物，例如zns等的硫化物，或者例如si3n4和aln等的氮化物。可以通过溅射、vte、ebpvd、ald、cvd或溶液处理来沉积抗反射层。

抗反射层还可用作保护层以用于提高光伏电池的寿命。因此，抗反射层可以具有所希望的阻挡氧气和湿气进入下面的层的阻挡性能。抗反射层还以可充当覆盖层以用于提高光伏电池的机械耐久性。

抗反射层的特征可以在于从约400nm至约700nm的n>1.0，并且在可见光波长范围内具有更高的折射率，导致改善的avt和降低的光伏器件的反射。抗反射层可在从约400nm至约700nm的可见光波长范围内具有相对低的k值，以使得寄生吸收最小化。但这不是必需的。抗反射层还可用于调节光伏器件的透射颜色或反射颜色。例如，抗反射层可以用作颜色中和层。

包括单个金属层(例如，如图2a中所展示的光伏器件200的多层顶部电极240)或具有多个金属层(例如，如图3a中所展示的光伏器件300的多层顶部电极340)的多层顶部电极可以允许同时优化光伏器件的电导率和光学透射率，从而与例如ito、fto、azo或其他透明导电氧化物的其他透明电极相比，导致改善的avt和薄层电阻值。

图6示出了根据一些实施例的对于各种类型的顶部电极配置的avt的实验值与薄层电阻的实验值的关系。如图所展示，与ito电极(在图6中由圆圈符号表示)相比，具有单个ag层(在图6中由正方形符号表示)或具有两个ag层(在图6中由三角形符号表示)的多层顶部电极可以展现出提高的薄层电阻，同时保持高avt。与ito相比，ag的高本征导电率使多层顶部电极的低薄层电阻成为可能。多层顶部电极的高avt通过设计包括多层顶部电极的层的光学性质和厚度来实现。通过使用由互连层间隔开的多个金属层，可以利用光学干涉来产生比在具有单个金属层并且具有该多个金属层的组合厚度的多层电极中可能的avt值更高的avt值。通过使用导电的互连层，可以将总薄层电阻降低到低于采用展现出相同avt的单个金属层的多层顶部电极的总薄层电阻。具有多个金属层的多层电极可以有效地透射可见光，同时反射近红外(near-infrared，nir)波长(例如，>700nm)，以使得在透明光伏器件中可以优先增强下面的有源层的nir吸收。nir波长中的反射率增加可以通过减少电极中的寄生吸收来降低光伏器件的工作温度。如图6中所展示，顶部电极薄层电阻可以小于50ohm/sq、小于20ohm/sq、小于10ohm/sq或小于5ohm/sq。在一个具体的实施例中，顶部电极薄层电阻范围从10ohm/sq至10ohm/sq。

图7a示出了根据本发明一些实施例的对于商业ito电极(实线710)、具有单个ag层的多层电极(短划线720)和具有两个ag层的多层电极(点线730)的模拟透射曲线与波长的关系。如图所展示，与ito电极(实线710)的nir和ir波长范围内的透射值相比，具有单个ag层的多层电极(短划线720)的nir和ir波长范围(例如，从约700nm至约2500nm)内的透射值显著降低。在具有两个ag层的多层电极(点线730)中，nir/ir透射率进一步降低。具有单个ag层的多层电极和具有两个ag层的多层电极的透射窗口与在约550nm处具有峰值的人眼的白昼视觉响应曲线很好地重叠。

图7b示出了根据本发明一些实施例的对于商业ito电极(实线712)、具有单个ag层的多层电极(短划线722)和具有两个ag层的多层电极(点线732)的模拟反射曲线与波长的关系。如图所展示，与ito电极(实线712)在nir和ir波长范围内的反射值相比，具有单个ag层的多层电极(短划线722)的nir和ir波长范围内的反射值显著增加。在具有两个ag层的多层电极(点线732)中，nir/ir反射进一步增加。nir和ir波长中的增加的反射可导致下面的有源层内的增加的吸收，因为那些波长的光可被反射回有源层用于第二次通过。因此，可以在这些波长处优先增加光伏器件的jsc。nir波长中的增加的反射也可以导致通过减少电极中的寄生吸收来降低光伏器件的工作温度。这对于将来自光伏电池的热辐射功率最小化是重要的，光伏电池的热辐射功率与工作温度的四次方成比例。

夹在两个金属层之间的互连层可以形成光学腔并支持法布里-珀罗(fabry-perot)共振。腔的共振波长可以被调节成与人眼在可见光谱中的白昼视觉响应一致。由于金属层的薄度(通常小于约30nm)，由腔支持的透射模式的品质因数(半高全宽)可以相对较宽。可以调整品质因子，以使得发射模式跨越可见光谱，导致堆叠的高avt。通过调节腔和抗反射层内的互连层的厚度和折射率，可以设计透射光谱的颜色和形状以最大化avt，同时拒绝共振条件之外的波长(例如，uv和nir光)。

在一些实施例中，可以在顶部电极中使用多于两个金属层和多于一个互连层。引入附加的互连/金属层可允许通过引入附加的谐振模式来进一步调节堆叠的颜色以用于透射。被拒绝的波长然后可以通过有源层被反射回去，其中它们的光功率中的一些光功率在第二次通过期间被有源层吸收。

图8示意性地展示出了多层顶部电极的反射光谱810与波长的关系(实线810)。如图所展示，反射光谱810可以被调节成在可见光波长范围内展现最小的反射，同时在可见光波长范围外展现高反射值。短划线820示出了从紫外(ultraviolet，uv)延伸到nir中的非选择性有源层的“平的”和宽的吸收轮廓。因为多层顶部电极优先将uv和nir光反射回有源层用于第二次通过，所以可以选择性地增强有源层在uv和nir波长中的吸收，如由点线830示意性地示出的那样。因此，可以增强光伏器件在可见光谱之外的波长处产生的光电流。相同的概念可以应用于在uv和nir中具有固有选择性吸收的有源层，以进一步增强这种层在uv和nir中的吸收强度，同时保持高avt。

图9分别示出了根据本发明一些实施例的对于分别包括d100、c60和d100:c60共混物的opv有源层的吸收系数的示例性光谱910、920和930。d100是在nir中具有峰值吸收的有机半导体电子施体材料。c60是电子受体材料。这些有源层材料包括其消光系数在可见光波长范围之外达到峰值的“选择性”有机材料。作为一个示例，考虑具有以下结构的opv器件：玻璃|底部电极|d100:c60(20:80)(60nm)|c60(10nm)|顶部电极，其中具有多种底部电极和顶部电极配置。

图10a示出了从使用以上结构的模拟中获得的各种opv的透射曲线与波长的关系。图10b示出了从模拟中获得的各种opv的反射曲线与波长的关系。图10c示出了从模拟中获得的各种opv的有源层吸收与波长的关系。

参照图10a，曲线1010是包括ito底部电极和没有任何金属层的ito顶部电极的光伏器件(堆叠#1)的透射曲线。曲线1020是包括ito底部电极和具有单个ag层的多层顶部电极的光伏器件(堆叠#2)的透射曲线。曲线1030是包括ito底部电极和具有两个ag层的多层顶部电极的光伏器件(堆叠#3)的透射曲线。如图所展示，与包括ito顶部电极的光伏器件(曲线1010)相比，包括具有单个ag层的多层顶部电极的光伏器件(曲线1020)在nir波长中的透射率显著降低，并且在包括具有两个ag层的多层顶部电极的光伏器件(曲线1030)中进一步降低。

如图10b中所展示，与包括ito顶部的光伏器件(曲线1012)相比，包括具有单个ag层的多层顶部电极的光伏器件(曲线1022)在nir波长中的反射增加，并且在包括具有两个ag层的多层顶部电极的光伏器件(曲线1032)中进一步增加。

如图10c所展示，作为增加的从多层顶部电极的反射的结果，与包括ito顶部电极的光伏器件(曲线1014)相比，在包括具有单个ag层的多层电极的光伏器件(曲线1024)中由有源层进行的吸收增加，并且在包括具有两个ag层的多层电极的光伏器件(曲线1034)中进一步增加。

根据各种实施例，多层顶部电极可以与各种类型的底部电极配对。例如，底部电极可以包括透明导电氧化物、具有单个金属层的多层堆叠或者可替代的透明电极(例如石墨烯、碳纳米管网络、ag纳米线网络等)。

如图2b和图3b中所展示，包括一个或多个金属层的多层底部电极220或320也可以用于光伏器件中。使用当与多层顶部电极配对时的多层底部电极具有许多优点。例如，与可替代的底部电极结构相比，可以增强有源层内的光电场，导致改善的有源层吸收和光电流产生。还可以实现电导率和光学透射率的同时优化，导致与其它透明底部电极相比最优的avt和薄层电阻值。此外，可以增加透明光伏器件在nir波长中的反射，使得可以在有源层吸收光谱之外的波长处降低集成的太阳吸收。这可能导致在太阳光照射下透明光伏器件的工作温度降低。作为建筑物集成的光伏器件，较低的工作温度可以降低进入建筑物的再辐射功率(黑体发射)，改善热绝缘，并降低由于跨越窗口单元的遮光温差而导致的下面的玻璃衬底的失效概率。

再次参考图10a-10c，图10a示出了针对包括具有单个ag层的多层底部电极(其与具有单个ag层的多层顶部电极配对)的opv(曲线1040，图13中所示的堆叠#4)的模拟透射曲线1040，以及针对包括具有单个ag层的多层底部电极(其与具有两个ag层的多层顶部电极配对)的opv的模拟透射曲线1050(图13中所示的堆叠#5)。如图所示，与具有和多层顶部电极配对的ito底部电极的opv器件相比，通过将多层底部电极与多层顶部电极配对，在nir中的透射被进一步降低。

图10b示出了针对包括具有单个ag层的多层底部电极(其也与具有单个ag层的多层顶部电极配对)的opv(图13中所示的堆叠#4)的模拟反射曲线1042，以及针对包括具有单个ag层的多层底部电极(其与具有两个ag层的多层顶部电极配对)的opv(图13中所示的堆叠#5)的模拟反射曲线1052。如图所展示，与具有与多层顶部电极配对的ito底部电极的opv器件相比，通过将多层顶部电极与多层底部电极配对，在nir中的反射被进一步增强。

图10c示出了针对包括具有单个ag层的多层底部电极(其与具有单个ag层的多层顶部电极配对)的opv的模拟吸收曲线1044(图13中所示的堆叠#4)，以及针对包括具有单个ag层的多层底部电极(其与具有两个ag层的多层顶部电极配对)的opv(图13中所示的堆叠#5)的模拟吸收曲线1054。如图所示，与具有ito底部电极的opv器件在nir中的吸收相比，通过将多层顶部电极与多层底部电极配对，在nir中的吸收被进一步增强。具有单个ag层的多层底部电极可以有助于在有源层内建立更强的光学腔，这可以导致改善的有源层吸收。

包括一个或多个金属层的多层顶部电极也可以与光伏器件中的无机有源层一起使用以实现类似的优点。作为示例，考虑具有以下结构的两个无机光伏器件：玻璃|ito(70nm)|cuin0.69ga0.31se(30nm)|顶部电极。

有源层包括cuin0.69ga0.31se(cigs)并且具有30nm的厚度。底部电极包括ito并且具有70nm的厚度。第一光伏器件具有10nm的zno/50nm的ito顶部电极(如图13中所示的堆叠#6)。包含zno以用作电荷选择性传输层。第二光伏器件具有10nm的zno/14.5nm的ag/80nm的ito/14.5nm的ag/10nm的sio2的顶部电极(图13a-13b所示的堆叠#7)。

图11a示出了在根据本发明一些实施例的有源层中包括cigs的无机光伏器件中使用的两种电极配置的模拟透射曲线1110和1120与波长的关系。图11b示出了在根据本发明的一些实施例的有源层中包括cigs的无机光伏器件中使用的两种电极配置的模拟反射曲线1112和1122与波长的关系。图11c示出了在根据本发明一些实施例的有源层中包括cigs的无机光伏器件中使用的两种电极配置的模拟有源层吸收曲线1114和1124与波长的关系。

cigs有源层本质上是“非选择性的”。即，如图11c(曲线1114)中所示的，消光系数从可见波长至nir波长(例如，从约500nm至约900nm)相对“平坦”。如图11c(曲线1124)中所示的，当使用具有两个ag层的多层顶部电极时，有源层变成“有选择性的”，因为有源层吸收在nir中在约800nm处展现强峰。结果，光伏电池的jsc显著增加，同时保持透明度。

因此，有效地，具有两个ag层的多层顶部电极致使cigs变成具有在可见光谱外的吸收峰的“选择性”吸收体。这是由于与包括zno/ito顶部电极的光伏器件的反射率(如由图11b中所示的曲线1112所展示)相比，具有两个ag层的多层顶部电极在那些波长处的反射率(如由图11b中所示的曲线1122所示出)提高，导致优先提高了在nir和uv中的吸收。如图11a中所展示，在nir波长中反射率的增加伴随着在nir波长中透射率的降低(如与曲线1110相比，由曲线1120所示出的)。nir/ir透射率的降低显著降低了光伏电池的tsol，同时保持高avt，导致avt/tsol比率的增加。

包括一个或多个金属层的多层顶部电极也可以与光伏器件中的无机有源层一起使用以实现类似的优点。作为示例，考虑具有以下结构的两个无机光伏器件：玻璃|ito(70nm)|螺环-ometad(20nm)|mapbi3(60nm)|顶部电极。

有源层包括mapbi3并且具有60nm的厚度。使用螺环-ometad用作空穴传输层。底部电极包括ito并且具有70nm的厚度。第一光伏器件具有10nm的tio2/50nm的ito顶部电极(如图13中所示的堆叠#8)。包含tio2以用作电荷选择性传输层。第二光伏器件具有10nm的tio2/14.5nm的ag/80nm的ito/14.5nm的ag/10nm的sio2的顶部电极(图13中所示的堆叠#9)。

图12a示出了在根据本发明一些实施例的有源层中包括mapbi3钙钛矿的光伏器件中使用的两种电极配置的模拟透射曲线1210和1220与波长的关系。图12b示出了在根据本发明的一些实施例的有源层中包括mapbi3钙钛矿的光伏器件中使用的两种电极配置的模拟反射曲线1212和1222与波长的关系。图12c示出了在根据本发明的一些实施例的有源层中包括mapbi3钙钛矿的光伏器件中使用的两种电极配置的模拟有源层吸收曲线1214和1224与波长的关系。在这里，再次，与具有tio2/ito顶部电极的光伏器件(分别为图12a、12b和12c中的曲线1210、1212和1214)相比，包括两个ag层的多层顶部电极导致较低的nir透射率(图12a中的曲线1220)、较高的nir反射(图12b中的曲线1222)和更“有选择性”的有源层吸收(图12c中的曲线1224)。

图13是汇总根据本发明的各种实施例的如关于图10a-10c、图11a-11c和图12a-12c所讨论的包括各种电极和有源层组合的透明光伏器件的结构和特性的表。对于avt和tsol的值，使用了器件透射光谱。使用这些值，计算了avt与tsol的比率。

如图13中所示，在顶部电极中引入金属层有利地降低了tsol，同时保持了高avt，导致(avt/tsol)值的改善。例如，tsol值可以降低到50％以下，同时(avt/tsol)大于1.4可以通过切换到多层顶部电极来实现。此外，光伏器件的jsc随之增强。(avt/tsol)的改善对于建筑玻璃应用是重要的，同时期望更高的jsc以改善光伏器件性能。多层顶部电极的使用同时改善了这两种度量。该方法通常可应用于如通过在本工作中所示的有机有源层、cigs有源层和钙钛矿有源层之间的比较所强调的那样的任何透明的光伏器件。

在一些实施例中，用多层底部电极代替ito来与多层顶部电极结合可能是有利的。由于有源层内的光学腔效应，这可能导致光伏器件的jsc的改善。在一些实施例中，这也可以导致(avt/tsol)的改善。

图14a示出了在被校准至am1.5g照明的太阳光模拟器下测试的各种opv的实验电流密度-电压曲线1410、1420和1430。opv具有如由图13a中的堆叠#1至堆叠#3所定义的器件结构。图14b示出了从实验获得的堆叠#1至堆叠#3的对应的外部量子效率(externalquantumefficiency，eqe)曲线1412、1422和1432与波长的关系。图14c示出了从实验获得的各种opv的对应的透射曲线1414、1424和1434与波长的关系。

参考图14a，与包括ito顶部电极的光伏器件(曲线1410)相比，对于包括具有单个ag层的多层顶部电极的光伏器件(曲线1420)，从opv输出的光电流显著增强，并且在包括具有两个ag层的多层顶部电极的光伏器件(曲线1430)中进一步增加。

如图14b中所示，由于增加了从多层顶部电极的反射，与包括ito顶部电极的光伏器件(曲线1412)相比，在nir中的实验eqe在包括具有单个ag层的多层电极的光伏器件(曲线1422)中增加，并且在包括具有两个ag层的多层电极的光伏器件(曲线1432)中进一步增加。如图10c中所示，增加的eqe是在包括多层顶部电极的光伏器件中增加的有源层吸收的直接结果。图14c示出了，与包括ito顶部电极的光伏器件(曲线1414)相比，实验的在nir波长中的透射率在包括具有单个ag层的多层顶部电极的光伏器件(曲线1424)中显著降低，并且在包括具有两个ag层的多层顶部电极的光伏器件(曲线1434)中进一步降低。如图10a所示，所测量的光谱分别与对应的模拟曲线1010、1020和1030紧密匹配。

图15a示出了对应于图13中的堆叠#10的opv有源层的吸收系数。有源层包括100nm的有机有源层材料，该有机有源层材料的吸收系数在可见光波长范围之外达到峰值。用于该器件的底部电极和顶部电极如图13中所定义。

图15b示出了在被校准至am1.5g照明的太阳光模拟器下测试的opv的实验电流密度-电压曲线1510。图15c示出了从实验获得的堆叠#10的对应的外部量子效率(externalquantumefficiency，eqe)曲线1512与波长的关系。图15d示出了从实验获得的对应的透射曲线1514与波长的关系。

如图15c中所示，由于具有两个ag层的多层电极的选择性nir反射，在nir中保持了高的实验eqe(曲线1512)。在nir波长处增加的eqe是在包括多层顶部电极的光伏器件中增加的有源层吸收的直接结果。图15d示出了，在700nm之外，在该器件(曲线1514)中在nir波长中的实验透射率是最小的。

图16是汇总如图10a-10c、图14a-14c和图19b-19c中所讨论的各种顶部电极配置的测量的光学和电学性能的表。与ito的tsol相比，使用多层顶部电极可以显著降低tsol，同时保持高avt，导致接近2.0的(avt/tsol)值。同时，可以将rsh减小一个数量级，并且可以将发射率降低到低于0.1的值。对于avt和tsol的值，使用了顶部电极透射光谱。

图17是汇总根据本发明的一些实施例的图10a-10c、图14a-14c、图15a-15d和图19b-19c中所讨论的包括各种电极组合的透明opv的测量的光学和电学性能的表。对于avt和tsol的值，使用了器件透射光谱。

如图17中所示，堆叠#1至堆叠#3的测量的avt、tsol和(avt/tsol)值与图13中所示的模拟值紧密匹配。通过使用具有两个ag层的多层顶部电极，可以在保持光伏器件的高avt的同时降低tsol，并且可以通过实验实现高达2.3的(avt/tsol)值。同时，显著改善了jsc和功率转换效率(powerconversionefficiency，pce)。通过使用堆叠#10将多层顶部电极概念扩展到更高效率的opv有源层，可以同时实现高pce和(avt/tsol)。

图18是示出根据各种实施例的具有不同电极配置的各种有机光伏器件的实验发射率值的表。与透明导电氧化物不同，具有一个或多个金属层的多层电极可以被设计成具有近乎完美的ir反射，这导致低的热发射率(被称为low-e)。因此，多层顶部电极可以提供作为low-e涂层和作为透明光伏器件的透明电极的双重功能。当用于建筑玻璃应用时，可能希望发射率(被定义为通过透明光伏器件(作为黑体发射器)重新辐射到建筑物中的功率)尽可能的低。与单个ito层电极或具有单个金属层的多层顶部电极相比，通过使用多个金属层，可以降低顶部电极的ir反射，并且因此可以使发射率最小化。

对于建筑玻璃应用，可以将透明的光伏器件集成到被称为绝缘玻璃单元(insulatedglassunit，igu)的窗口单元中，该绝缘玻璃单元可以包括在它们之间的空腔中填充有气体的多个窗格玻璃(panesofglass)。完整的igu结构影响通过窗口进入建筑物的热流。因此，对于这样的应用，希望计算针对igu的太阳得热系数(solarheatgaincoefficient，shgc)。shgc是允许通过窗口的入射太阳辐射的分数，并且可以由以下关系式定义：

shgc＝tsol+n·asol

其中tsol和asol是通过igu的入射太阳辐射的透射分数和吸收分数，n是通过igu的吸收热的向内流动分数(对流的和辐射的两者)。选择性被定义为igu的avt与shgc的比率(avt/shgc)。因为tsol与shgc线性相关，所以高的avt/tsol值通常对应于高的选择性值。因此，通过将器件设计为在nir和ir中具有高反射率，可以降低shgc。通过保持高avt同时拒绝尽可能多的非可见光，可以将透明光伏器件设计为具有高的选择性，该选择性是用于low-e窗口的性能度量之一。

图19a是假定用于计算本发明中光伏器件的shgc和选择性值的简单绝缘玻璃单元(insulatedglassunit，igu)构造的示意图。我们注意到，在实践中，igu结构可以变化以包括不同厚度的玻璃、不同的间隔物距离和不同的气体成分。对于本文中的计算，光伏涂层被施涂到充当玻璃衬底的玻璃窗11910的第二表面1912上。在该图中，光从左侧入射。使用lawrenceberkeleynationallab的window软件，假定nfrc100-2010环境条件，90°倾斜而没有挠曲，并且仅考虑玻璃中心值(忽略来自框架的贡献)，来计算shgc和选择性。

图19b是汇总根据本发明的各种实施例的，当被集成至根据图19a的绝缘玻璃单元中时，如关于图10a-10c、图11a-11c、图12a-12c和图15a-15d所讨论的具有各种电极和有源层组合的透明光伏器件的结构和特性(例如，avt、太阳得热系数(shgc)和选择性值)的表。对于shgc和选择性，根据如上所述的模拟光谱来计算igu值。对于采用ito顶部电极(堆叠1、6和8)、含单个ag层的顶部电极(堆叠2和4)和含双ag层的顶部电极(堆叠3、5、7、9和10)的模拟器件结构，分别假定了发射率值为0.2、0.1和0.05。

如图19b中所示，在顶部电极中引入金属层降低了shgc，同时保持了高avt，导致选择性值的改善。对于一些实施例，可以实现小于45％的shgc值，同时保持avt>60％，允许大于1.4的选择性值。

注意，对于固定的光伏电池选择性，在固有的“选择性”有源层(即，优先uv/nir吸收材料)中可以预期更高的avt值。这可能是由于在这些材料中可见光吸收被最小化，同时它们在uv和nir波长(多层顶部电极在其中具有最高的反射)中强烈地吸收。

图19c是汇总根据本发明的一些实施例的、如果它们被集成至如图19a的绝缘玻璃单元中时，如图10、图13、图14a-14c和图15a-15d中所讨论的包括各种电极组合的透明opv的测量的光学和电学性能(例如avt、shgc和选择性值)的表。针对igu的shgc和选择性值是从如上所述的实验光谱计算出的。

如图19c中所示，堆叠#1至堆叠#3的测量的avt、shgc和选择性值与图19b中所示的模拟值紧密匹配。通过在堆叠3和10中使用具有两个ag层的多层顶部电极，可以在保持光伏器件的高avt的同时降低shgc，实现高达2.0的选择性值。

尽管已经参考特定实施例描述了本公开，但是应当理解，本公开旨在覆盖所附权利要求范围内的所有修改和等同物。

除非特别相反地指出，否则“一个”、“一种”或“该”的表述旨在表示“一个或多个”。除非特别相反地指出，否则“或”的使用旨在表示“包括的或”，而不是“排他的或”。对“第一”元件的引用不必要求提供有第二元件。此外，除非明确声明，否则对“第一”或“第二”元件的引用并不将所引用的元件限制于特定位置。

尽管已经就层的术语讨论了一些实施例，但是术语层应当被理解为使得层可以包括若干子层，这些子层构建以形成感兴趣的层。因此，术语层并不旨在表示由单一材料组成的单个层，而是涵盖以复合方式分层以形成所期望结构的一种或多种材料。本领域普通技术人员将认识到许多变化、修改和替代。

还可以理解的是，本文所述的示例和实施例仅用于说明的目的，并且据此所作的各种修改或改变将被建议给本领域技术人员，且将被包括在本申请的精神和视界内以及所附的权利要求书的范围内。

缩写列表：

tpbi：2,2′,2"-(1,3,5-三苯基)-三(1-苯基-1h-苯并咪唑)

hatcn：二吡嗪[2,3-f:2',3'-h]喹喔啉-2,3,6,7,10,11-六腈

tapc：4,4'-环己基二[n,n-二(4-甲基苯基)苯胺]

bcp：浴铜灵

bphen：红菲咯啉

螺环-ometad：n2,n2,n2′,n2′,n7,n7,n7′,n7′-八(4-甲氧基苯基)-9,9′-螺二[9h-芴]-2,2′,7,7′-四胺

ntcda：1,4,5,8-萘四甲酸二酐

ntcdi：萘四羧酸二酰亚胺

ptcbi：双苯并咪唑[2,1-a:1',2-b']蒽[2,1,9-def:6,5,10-d'e'f']二异喹啉-10,21-二酮

npb：n,n'-双(萘-1-基)-n,n'-双(苯基)-联苯胺

npd：n,n'-双(萘-1-基)-n,n'-双(苯基)-2,2'-二甲基联苯胺

tptpa：三(4-(5-苯基噻吩-2-基)苯基)胺

pei：聚乙烯亚胺

peie：乙氧基化的聚乙烯亚胺

pedot:pss：聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚磺苯乙烯

azo：铝掺杂氧化锌

izo：铟掺杂氧化锌

ito：铟掺杂氧化锡

izo：铟掺杂氧化锌

fto：氟掺杂氧化锡