BR112015014071B1 - Dispositivo fotônico magneticamente polarizado - Google Patents

Dispositivo fotônico magneticamente polarizado Download PDF

Info

Publication number
BR112015014071B1
BR112015014071B1 BR112015014071-8A BR112015014071A BR112015014071B1 BR 112015014071 B1 BR112015014071 B1 BR 112015014071B1 BR 112015014071 A BR112015014071 A BR 112015014071A BR 112015014071 B1 BR112015014071 B1 BR 112015014071B1
Authority
BR
Brazil
Prior art keywords
layer
band gap
photonic device
graduated
magnetically polarized
Prior art date
Application number
BR112015014071-8A
Other languages
English (en)
Other versions
BR112015014071A2 (pt
Inventor
Daniel Scott Marshall
Original Assignee
Tae Technologies, Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tae Technologies, Inc filed Critical Tae Technologies, Inc
Publication of BR112015014071A2 publication Critical patent/BR112015014071A2/pt
Publication of BR112015014071B1 publication Critical patent/BR112015014071B1/pt

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L31/065—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the graded gap type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/0296—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only AIIBVI compounds, e.g. CdS, ZnS, HgCdTe
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/0296—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only AIIBVI compounds, e.g. CdS, ZnS, HgCdTe
    • H01L31/02966—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only AIIBVI compounds, e.g. CdS, ZnS, HgCdTe including ternary compounds, e.g. HgCdTe
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/09—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/02274—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition in the presence of a plasma [PECVD]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/02277—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition the reactions being activated by other means than plasma or thermal, e.g. photo-CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/0228—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition deposition by cyclic CVD, e.g. ALD, ALE, pulsed CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02494—Structure
    • H01L21/02496—Layer structure
    • H01L21/0251—Graded layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/82—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of the magnetic field applied to the device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/102—Material of the semiconductor or solid state bodies
    • H01L2924/1025—Semiconducting materials
    • H01L2924/1026—Compound semiconductors
    • H01L2924/1032—III-V
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1828—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIBVI compounds, e.g. CdS, ZnS, CdTe
    • H01L31/1832—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIBVI compounds, e.g. CdS, ZnS, CdTe comprising ternary compounds, e.g. Hg Cd Te
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/0004—Devices characterised by their operation
    • H01L33/002—Devices characterised by their operation having heterojunctions or graded gap
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B61/00—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one galvanomagnetic or Hall-effect element covered by groups H10N50/00 - H10N52/00
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/543—Solar cells from Group II-VI materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/545—Microcrystalline silicon PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/546—Polycrystalline silicon PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells

Abstract

DISPOSITIVO FOTÔNICO MAGNETICAMENTE POLARIZADO A presente invenção se refere a um dispositivo fotônico magneticamente polarizado. O dispositivo fotônico magneticamente polarizado (100) inclui um substrato (102), uma camada de aniquilação (106) e uma abertura graduada de camada de faixa (142). A camada de aniquilação (106) é disposta na superfície (104) de substrato (102) com a abertura graduada de camada de faixa (142) disposta na camada de aniquilação (106). Os contatos (116, 128) são dispostos nas extremidades (146, 150) de dispositivo fotônico magneticamente polarizado (100). Um campo magnético (159) é aplicado a abertura graduada de camada de faixa (142) e a camada de aniquilação (106) para direcionar as cargas para os contatos (116, 128).

Description

Campo da Invenção
[001] A presente invenção em geral se refere a produção de energia, leitura fotônica, e dispositivo fotônico magneticamente polarizados; e mais particularmente, a dispositivo fotônico magneticamente polarizado, e métodos para a produção do mesmo.
Antecedentes
[002] Nos últimos anos, tem havido um aumento de interesse em recursos de energia renovável e sustentável que tem estimulado a pesquisa e o desenvolvimento em muitos recursos de energia. Em particular, substancial pesquisa e desenvolvimento tem se centralizado em torno da energia fotovoltaica e a sua geração. Em geral, células fotovoltaicas convencionais foram primeiro desenvolvidas em 1958 por Bell Laboratories onde uma junção de junção de silício p-n difusa foi usada. Embora a eficiência dos referidos dispositivos convencionais de junção de silício p-n difusa tenham aprimorado nas últimas décadas, os melhores dispositivos convencionais de junção de silício p-n difusa não excederam os vinte e três por cento (23%). Embora certamente tenha havido um aprimoramento da eficiência dos referidos dispositivos convencionais de junção de silício p-n difusa nos últimos anos, tem sido aparente que há limitações fundamentais quanto a eficiência que pode ser alcançada pelos dispositivos de junção de silício p-n difusa. Também, o custo de lâminas de silício usadas para a produção de células fotovoltaicas convencionais tem permanecido alto o que torna os custos das células fotovoltaicas convencionais não competitivas quando comparado às tecnologias alternativas.
[003] A introdução de dispositivos fotovoltaicos de múltiplas junções convencionais em torno do ano 1976, mostrou eficiências significativamente melhores o que aprimorou sobre as décadas e alcançaram eficiências que variam até e cerca de quarenta e três (43.0 por cento). Embora isso seja significativamente melhor do que os dispositivos convencionais de junção de silício p-n difusa, os dispositivos fotovoltaicos de múltiplas junções ainda não são suficientemente eficientes para algumas aplicações. Mais importante, uma vez que as eficiências de ambos os dispositivos convencionais de junção de silício p-n difusa e os dispositivos fotovoltaicos de múltiplas junções convencionais tenham alcançado um platô pelo menos pelas últimas décadas e para um próximo futuro previsível. Há muito pouca razão para se crer que uma eficiência significativamente maior pode ser extraída dos dispositivos convencionais.
[004] Ambos os dispositivos convencionais de junção de silício p-n difusa e os dispositivos fotovoltaicos de múltiplas junções compartilham de alguns problemas comuns. Embora em alguns casos cada tipo de dispositivo tem alguns problemas particulares por si só. Um problema ou desvantagem é que ambos os tipos de dispositivos convencionais são construídos como dispositivos distintos. Por exemplo, um dispositivo de junção de silício p-n difusa convencional que é construído dotado da abertura de banda de 1,1 eV irá de modo eficiente capturar a luz dotada de energia de 1,1 eV. Qualquer energia de luz abaixo da abertura de banda de 1,1 eV de energia não é capturada. Também, qualquer energia de luz acima da abertura de banda de 1,1 eV de energia é desperdiçada e não posta para uso produtivo. Mais especificamente, a célula fotovoltaica de abertura de banda de 1,1 eV que absorve um fóton de 1,2eV irá converter de modo eficiente 1,1 eV do fóton de 1,2eV de energia e irá desperdiçar a diferença de 0,1 eV. De modo similar, a célula fotovoltaica de abertura de banda de 1,1 eV que absorve um fóton de 2,2eV irá converter de modo eficiente 1,1 eV do fóton de 2,2eV de energia e desperdiçar a energia adicional de 1,1 eV do fóton de energia. Esse mesmo princípio é verdadeiro de qualquer dispositivo de junção simples de uma determinada abertura de banda de energia. Além desse efeito, o silício é bem conhecido como um material indireto de abertura de banda diferente dos materiais lll/V que são em geral, mas não exclusivamente, material direto de aberturas de banda. Dispositivos fotovoltaicos produzidos com material indireto de aberturas de banda adicionalmente desperdiçam energia em virtude de sua incapacidade de completamente absorver os fótons com energia igual a e logo acima de seu material de abertura de banda.
[005] Dispositivos de junção múltipla convencionais são também dispositivos discretos; entretanto, pelo fato dos dispositivos de junção múltipla convencionais são tipicamente construídos usando materiais lll/V e substratos de germânio, múltiplos dispositivos de junção podem ser empilhados verticalmente um em cima do outro, desse modo permitindo uma pilha vertical de aberturas de banda de energia que com o uso de um substrato de silício não é permitido. Entretanto, como determinado antes, se a abertura de banda da junção é usinada e construída para capturar fótons de energia 1,1 eV, a junção irá de modo eficiente capturar os fótons de energia 1,1 eV mas, não irá capturar outros fótons de energia mais baixa e irá desperdiçar o fóton de energia acima de 1,1 eV. De modo a capturar com eficiência outros fótons de energia, outras junções de abertura de banda são construídas e empilhadas no substrato. Tipicamente, as referidas outras junções são sintonizadas para uma abertura de banda de energia de 1,5eV, uma abertura de banda de energia de 1,2eV, e uma abertura de banda de energia de 0,8eV, desse modo proporcionando um dispositivo de tripla junção que é capaz de capturar fótons dotados de mais do que 1,5eV no dispositivo 1,5eV, e capturar fótons dotados de energia entre 1,2eV e 1,5eV no dispositivo 1,2eV, e capturar fótons dotados de energia entre 0,8eV e 1,2eV no dispositivo 0,8eV. Entretanto, os fótons dotados dos níveis de energia de menos do que 0,8eV não são capturados de modo algum e são desperdiçados e não usados. Também, como descrito anteriormente, a energia adicional de cada fóton acima da abertura de banda da junção de energia na qual a mesma é absorvida é também desperdiçada. Como um exemplo, um fóton 1.4eV que é absorvido na junção de abertura de banda de 1,2eV perde 0,2eV essa energia imediatamente como desperdício, e apenas o restante 1,2eV de energia é convertida de modo eficiente. Outro pronto fraco específico dos dispositivos de junção múltipla é a necessidade de que a corrente no dispositivo percorra na direção reversa ao fluxo de corrente do diodo convencional nas transições entre as junções empilhadas adjacentes. Isso é realizado por dopagem do material semicondutor nas referidas regiões de transição com concentrações extremamente altas de elementos de tipo-n e de tipo-p de modo que a estrutura do diodo se torna o diodo de Tunnel capaz de portar corrente na direção reversa. Os referidos diodos de Tunnel não são perfeitos condutores de eletricidade e introduzem um mecanismo de perda específico para os dispositivos de junção múltipla.
[006] Assim, pode ser visto que não só os tipos de dispositivos convencionais de junção de silício p-n difusa e os tipos de dispositivos fotovoltaicos de múltiplas junções têm problemas fundamentais de projeto, uma vez que os mesmos têm problemas inerentes em seu desenho básico o mesmo não é possível capturar e converter todos os fótons que caem nos mesmos em elétrons livres e orifícios livres. Essencialmente, há problemas de ineficiência inerentes que se baseiam a partir dos materiais que são usados para produzir os dispositivos e o modo como os referidos dispositivos são usinados e projetados.
[007] Ambos os tipos de dispositivos fotovoltaicos, as células fotovoltaicas de múltiplas junções convencionais e os tipos de dispositivos convencionais de junção de silício p-n difusa, são mais eficientes quando um número concentrado de fótons ou um aumento na intensidade de fótons são enviados à superfície de recebimento de qualquer tipo de dispositivo. Entretanto, isso é também um problema pelo fato de que a concentração de fótons requer a fabricação de uma infraestrutura que concentre os fótons sobre os próprios dispositivos. A referida infraestrutura requer usinagem, materiais, desenho, e precisão. Todos os quais aumentam a complexidade e o custo de produção e de implementação dos dispositivos fotovoltaicos no mercado. Ademais, outro problema é que quando os fótons são obscurecidos, tal como com por cobertura ou sombra de nuvem, a eficiência é severamente diminuída se não interrompida por completamente.
[008] Outro problema com os dispositivos de múltiplas junções é que não é possível se dispor um número sem fim de junções no dispositivo de modo a aumentar a oportunidade para capturar e converter os fótons em elétrons livres utilizáveis e os orifícios livres. Ademais, não é possível se produzir o dispositivo fotovoltaico arbitrariamente espesso. A espessura do dispositivo fotovoltaico fora da junção atual tem que ser aproximadamente um comprimento de difusão, em que o comprimento de difusão é o comprimento aproximado de um trajeto que um veículo de carga pode percorrer em um volume de uma retículo do cristal sem um campo elétrico antes do veículo de carga ter um evento de recombinação. O comprimento de difusão em geral depende do material semicondutor usado, da dopagem do material semicondutor, e a perfeição do material semicondutor. Em geral, não há condição de ajuste totalmente ótima para todos os fatores. As condições são selecionadas em base de caso a caso para a aplicação particular. Entretanto, deve- se dizer que é um equilíbrio de trocas, em que se você reduz o número de elétrons livres via dopagem, a resistência aumenta; se você aumenta o número de elétrons livres via dopagem, a resistência é reduzida mas o comprimento de difusão é encurtado. Assim, em dispositivos fotovoltaicos convencionais nenhum ajuste ideal de fatores pode ser alcançado, mas em vez disso, um compromisso de ajustes e/ou fatores é alcançado que produz um dispositivo que não proporciona o perfeito desempenho, mas os fatores são comprometidos de modo que o melhor desempenho é dado pelo material semicondutor e o ambiente na mão.
[009] Assim sendo, o desenho e a fabricação de dispositivos fotovoltaicos convencionais tem diversos problemas inerentes todos os quais têm dispositivos fotovoltaicos convencionais limitados a partir de alcançar o seu verdadeiro potencial no mercado assim como as expectativas dos físicos. Em virtude das limitações de desenho fundamentais, limitações de materiais fundamentais, e limitações de fabricação, os custos de fabricação dos dispositivos fotovoltaicos convencionais é alto. A fabricação, os materiais, e os inerentes problemas fundamentais severamente limitam não só o desempenho da célula fotovoltaica convencional assim como reduz a flexibilidade do desenho da arquitetura do sistema. De modo a permitir uma maior otimização, desenho, eficiências, e aumento de desempenho dos dispositivos fotovoltaicos assim como a flexibilidade do desenho arquitetônico, uma nova arquitetura fotovoltaica e desenho é necessária.
Sumário da Invenção
[010] Falando de modo resumido e em vários aspectos representativos, a presente invenção proporciona um dispositivo fotônico magneticamente polarizado que usa uma abertura de banda graduada. O dispositivo fotônico magneticamente polarizado dotado de uma primeira, uma segunda, uma terceira, e quarta superfícies. Onde a primeira e a segunda superfícies são substancialmente paralelas entre si e onde a terceira e a quarta superfícies são substancialmente paralelas entre si com a terceira e quarta superfícies são substancialmente perpendiculares à primeira superfície. Um primeiro elemento de contato com uma quinta e a sexta superfície sendo eletricamente acoplado à quarta superfície do dispositivo semicondutor e um segundo elemento de contato dotado de uma sétima superfície e uma oitava superfície com um segundo contato eletricamente acoplado à terceira superfície do dispositivo semicondutor.
[011] Vantagens adicionais da presente invenção serão determinadas na Descrição Detalhada que segue e pode ser óbvia a partir da Descrição Detalhada ou pode ser ensinada por prática dos exemplos de modalidades da presente invenção. Ainda outras vantagens da presente invenção podem ser realizadas por meios de qualquer uma das instrumentalidades, métodos ou combinações particularmente apontadas nas reivindicações.
Breve descrição dos desenhos
[012] Elementos representativos, características operacionais, aplicações e/ou vantagens da presente invenção residem entre outras coisas nos detalhes de construção e operação como mais amplamente ilustrado, descrito e reivindicado daqui em diante - referência sendo feita aos desenhos em anexo que formam uma parte da mesma, em que números similares se referem a partes similares através do texto. Outros elementos, características operacionais, aplicações e/ou vantagens se tornarão aparentes daqueles versados na técnica na luz de determinados exemplos de modalidades recitadas na Descrição Detalhada, em que:
[013] A figura 1 é uma ilustração em perspectiva seccionada grandemente ampliada e simplificada de um dispositivo fotônico magneticamente polarizado com linhas de campo magnético se estendendo através do dispositivo fotônico magneticamente polarizado;
[014] A figura 2 é um gráfico grandemente simplificado de Abertura de banda de energia (eV), Parâmetro de retículo (Nanômetros), e Comprimento de onda (Nanômetros) de uma variedade de materiais semicondutores;
[015] A figura 3 é um gráfico grandemente simplificado de Abertura de banda de energia (eV), Parâmetro de retículo (Nanômetros), e Comprimento de onda (Nanômetros) de um conjunto de composição de material;
[016] A figura 4 é uma ilustração em perspectiva simplificada grandemente ampliada de um dispositivo fotônico magneticamente polarizado como em geral ilustrado na figura 1 adicionalmente incluindo a fonte fotônica e formação de elétrons livres e os orifícios livres;
[017] A figura 5 é uma ilustração em perspectiva invertida simplificada grandemente ampliada de um dispositivo fotônico magneticamente polarizado adicionalmente incluindo a fonte fotônica; como em geral ilustrado nas figuras 1 e 4 incluindo formação de elétrons livres e os orifícios livres;
[018] A figura 6 é a ilustração em perspectiva simplificada grandemente ampliada de um dispositivo fotônico magneticamente polarizado como em geral ilustrado nas figuras 1, 4 e 5, ilustrando o movimento de elétrons livres e os orifícios livres na abertura de banda graduada do dispositivo fotônico magneticamente polarizado;
[019] A figura 7 é a ilustração em perspectiva simplificada grandemente ampliada de um dispositivo fotônico magneticamente polarizado como em geral ilustrado nas figuras 1, 4, 5, 6 ilustrando a captura e desenvolvimento de carga do dispositivo fotônico magneticamente polarizado; e
[020] A figura 8 é uma ilustração diagramática simplificada grandemente ampliada de um diagrama de abertura de banda com uma vista seccionada simplificada do dispositivo fotônico magneticamente polarizado.
[021] Aqueles versados na técnica podem observar que os elementos nas Figuras são ilustrados por simplicidade e clareza e não necessariamente foram desenhados em escala. Por exemplo, as dimensões de alguns dos elementos nas Figuras podem ser exageradas com relação a outros elementos para ajudar a aprimorar o entendimento das várias modalidades da presente invenção. Adicionalmente, os termos 'primeiro', 'segundo', e semelhante aqui, se qualquer, são usados entre outras coisas para distinguir entre elementos similares e não necessariamente para descrever uma ordem de sequência ou cronológica. Ademais, os termos dianteiro, traseiro, topo, fundo, sobre, sob, e semelhante na descrição e nas reivindicações, se qualquer, são em geral empregados para fins de descrição e não necessariamente para descrever de modo compreensivo uma posição relativa exclusiva. Aqueles versados na técnica portanto, entenderão que qualquer um dos termos precedentes usado desse modo pode ser intercambiado sob circunstâncias adequadas de modo que várias modalidades da presente invenção descritas aqui, por exemplo, são capazes de operação em outras orientações do que as explicitamente ilustradas ou de outro modo descritas.
DESCRIÇÃO DETALHADA DE EXEMPLO DE MODALIDADES
[022] As descrições a seguir são exemplos de modalidades da presente invenção e a concepção dos inventores do melhor modo e não são pretendidas para limitar o âmbito, a aplicabilidade ou a configuração da presente invenção em qualquer modo. Em vez disso, a descrição a seguir é pretendida proporcionar ilustrações convencionais para implementar as várias modalidades da presente invenção. Como se tornará aparente, mudanças podem ser feitas na função e/ou no arranjo de qualquer um dos elementos descritos nos exemplos de modalidades descritos sem se desviar a partir do espírito e âmbito da presente invenção.
[023] Antes de ir de encontro aos detalhes das modalidades da presente invenção descrito abaixo, alguns termos são definidos e/ou esclarecidos.
[024] O termo "imperfeição" pretende significar qualquer interrupção ou mudança na reticulação da estrutura de cristal de um material. Apenas por meio de exemplo, há diversos diferentes tipos de imperfeições que pode ser encontrado em material cristalino tal como, mas não limitado a, imperfeições em pontos, imperfeições em linhas, inclusões, e imperfeições planos. Tipicamente, os referidos imperfeições podem ser contados e postos em termos de imperfeições por centímetros cúbicos.
[025] O termo "abertura de banda" pretende significar uma banda de energia em um material semicondutor onde nenhum estado de elétron pode existir. A abertura de banda em geral se refere a diferença de energia entre o topo da banda de valência e o fundo da banda de condução. Tipicamente, a referida diferença de energia é da ordem que varia a partir de um (1,0) eV a dois (2,0) eV, mas pode variar a partir de cerca de zero (0,0) eV a cerca de oito (8,0) eV. Deve ser entendido que um material(s) com uma grande abertura de banda é um isolante; um material(s) com uma menor abertura de banda são semicondutores, e um material(s) com muito pouca ou nenhuma abertura de banda é um condutor ou semi-metal. Ademais, cada material tem sua própria característica de abertura de banda e estrutura de banda de energia.
[026] O termo "abertura de banda graduada" pretende significar uma estrutura de materiais em que as aberturas de banda dos materiais são dinamicamente mudadas ao mesmo tempo em que em geral ainda mantém a cristalinidade estrutural do material. Também, abertura de banda graduada se refere a uma zona no dispositivo onde a abertura de banda muda a partir de uma energia de abertura de banda para uma diferente energia de abertura de banda sobre uma distância da ordem de mícrons. Embora, a maior eficiência provavelmente irá resultar a partir de uma abertura de banda continuamente graduada o termo "abertura de banda graduada" é pretendida de modo a incluir todas as zonas de transição de abertura de banda que possam incluir seções de abertura de banda constante ou descontinuidades de abertura de banda que podem reduzir a eficiência, mas ainda operacional para induzir elétrons livres e os orifícios livres para se mover a partir das regiões com maiores aberturas de banda em direção das regiões com menores aberturas de banda. Deve ser entendido que uma inclinação pode ser determinada em que a de uma curva pode ser mudada em que a abertura de banda graduada pode mudar de forma gradual onde as energias de abertura de banda mudam lentamente de uma ordem de poucos por cento em uma distância onde fótons são grandemente absorvidos. Os valores graduados de abertura de banda se movem.
[027] O termo "parâmetro de retículo" pretende significar a distância constante entre células unitárias no retículo do cristal. Em geral, as dimensões do retículo têm três constantes (a, b, e c e tipicamente medidas em Nanômetros). Entretanto, quando um conjunto de materiais tem estrutura de cristal similar ou idêntica, um único número é escolhido para representar o espaçamento atômico. Como mostrado na figura 3, o parâmetro de retículo usa apenas um único número para descrever a estrutura do retículo pelo fato de que todos os referidos materiais têm estrutura de cristal similar ou unidade de célula. Entretanto, deve ser entendido que outra configuração cristalina e padrões geométricos podem também ser usados.
[028] O termo "comprimento de onda" pretende significar uma distância entre picos ou cristas sequenciais de qualquer fóton ou onda de luz. Tipicamente, o comprimento de onda é medido em Nanômetros como mostrado na figura 2. Os comprimentos de onda identificados na figura 2 são os comprimentos de onda de luz que são emitidos a partir de qualquer fonte de emissão de luz tal como, mas não limitado a, luz do sol, um dispositivo de emissão de luz, um diodo de emissão de luz (LED), ou semelhante. Ademais, deve ser entendido que o comprimento de onda de luz (fóton) é relacionado a essa energia pela relação: E = hc/A, onde E é energia, h é a constante de Plank, c é a velocidade da luz, e À é o comprimento de onda de luz.
[029] O termo "lll-V" é pretendido indicar o conjunto de materiais semicondutores que são formadas por combinar quantidades aproximadamente iguais de elementos a partir da coluna 3 da tabela periódica (Boro, Alumínio, Gálio, Índio, e Tálio) com elementos a partir da coluna 5 da tabela periódica (Nitrogênio, Fósforo, Arsênico, Antimônio, e Bismuto). Os referidos se combinam para formar semicondutores que incluem mas não limitado a, Arseneto Gálio, Antimoneto Índio, Antimoneto Gálio, e fosfito de Alumínio, e semelhante.
[030] O termo "ll-VI" é pretendido indicar o conjunto de materiais semicondutores que são formados por combinar quantidades aproximadamente iguais de elementos a partir da coluna 2 da tabela periódica (Zinco, Cádmio, e Mercúrio) com elementos a partir da coluna 6 da tabela periódica (Oxigênio, enxofre, Selênio, e Telúrio). Os referidos se combinam para formar semicondutores que incluem mas não limitado a, Telureto de Cádmio, Telureto de Zinco, Seleneto de Cádmio, e Seleneto de Mercúrio, e semelhante. Embora Manganês e Magnésio não estejam na coluna II da tabela periódica, nós os incluímos no conjunto de materiais ll-VI pelo fato de que a compatibilidade dos mesmos com Selênio e Telúrio para formar semicondutores com aberturas favorável de banda e constantes de retículo.
[031] A figura 1 é uma ilustração esquemática em perspectiva simplificada grandemente ampliada de um dispositivo fotônico magneticamente polarizado 100 dotado de um comprimento 164 e uma largura 166 e uma altura 168. Dispositivo fotônico magneticamente polarizado 100 inclui um substrato 102 dotado de superfícies 104 e 105, uma camada de aniquilação 106 dotada de superfícies 108, 109, 110, 111, 112, e 114, os contatos 116 e 128 dotados de superfícies 118, 119, 120, 121, 122 e 124 e superfícies 130, 131, 132, 133, 134, e 136, respectivamente, e a camada de abertura de banda graduada 142 dotado de superfícies 144, 145, 146, 147, 148, e 150. Um campo magnético indicado por uma pluralidade de linhas de campo magnético 159 dotadas de linhas de campo magnético individualmente identificadas indicadas por setas 157, 158, 160, 161, e 162 são mostradas com a linha de campo magnético 157 que atravessam através do substrato 102, com a linha de campo magnético 160 que atravessa através da camada de abertura de banda graduada 142, com a linha de campo magnético 162 que atravessa através da camada de aniquilação 106, com a linha de campo magnético 158 que atravessa sobre o dispositivo fotônico magneticamente polarizado 100, e a linha de campo magnético 161 que atravessa sob o dispositivo fotônico magneticamente polarizado 100. Uma carga 176 é acoplada aos contatos 116 e 128 por traços elétricos 188, 186, 178, 180, 182, e 184.
[032] O substrato 102 pode ser produzido de qualquer material adequado dotado de superfície 104. Tipicamente, o substrato 102 é produzido de qualquer material adequado semicondutor ou material isolante tal como, mas não limitado a, Silício (Si), Antimoneto de Gálio (GaSb), Arseneto de Índio (InAs), Seleneto de Cádmio (CdSe), Antimoneto de Índio (InSb), Arseneto de Gálio (GaAs), Telureto de Cádmio Mercúrio (HgCdTe), Seleneto de Cádmio (CdSe), sal iônico, óxido de metal, cerâmica, vidro, ou semelhante. Em geral, o substrato 102 usa materiais que têm as aberturas de banda suficientemente grandes de modo que o fluxo de corrente é inibido.
[033] Como mostrado na figura 1, uma camada de aniquilação 106 é disposta na superfície 104 do substrato 102. Em geral, a camada de aniquilação 106 pode ser produzida de qualquer material adequado ou combinação de materiais tais como, mas não limitado a, Telureto de Cádmio Mercúrio (HgCdTe), Seleneto de Mercúrio de Cádmio (HgCdSe), Arseneto de Antimoneto de Índio (InAsSb), ou semelhante. Adicionalmente, a camada de aniquilação 106 pode ser produzida dos mesmos materiais elementais que são usados para a produção de camada de abertura de banda graduada 142. Entretanto, deve ser entendido que a camada de aniquilação 106 é produzida com um alto grau de imperfeição no cristal, desorientação, e/ou imperfeições, desse modo facilitando a coleta e a recombinação de elétrons livres e os orifícios livres que são gerados a partir da pluralidade de fótons 404, como mostrado nas figuras 4, 5, 6 e 7, que colidem e subsequentemente gerar elétrons livres e os orifícios livres na camada de abertura de banda graduada 142 como descrito aqui abaixo.
[034] Tipicamente, a camada de aniquilação 106 é depositada no substrato 102. A camada de aniquilação 106 pode ser produzida por qualquer método ou técnica adequada tal como, mas não limitado a, Epitaxia, Epitaxia de Feixe Molecular (MBE), Epitaxia de Feixe Químico (CBE), Deposição de Vapor Químico (CVD), Deposição Química de Vapor (PCD), Deposição de Vapor Físico (PVD), ou semelhante. Deve ser entendido que o equipamento mencionado acima é capaz de mudar a composição do material depositado minuciosamente de modo a mudar a composição do material depositado a partir de um material para outro material na matéria dinâmica. Produzir a camada de aniquilação 106 com um alto grau de imperfeição no cristal pode ser alcançada por método ou técnica adequada. Tipicamente, a imperfeição aumenta quando os parâmetros do processo tais como, temperatura, pressão, relações de fluxos de gás de materiais reagentes, ou semelhante são estão relativamente afastados a partir de ou fora da janela de processo para o excelente crescimento do cristal. Por meio de exemplo, com os parâmetros do processo de crescimento sendo determinados para o excelente crescimento do cristal, ao se mudar a temperatura do processo para cinquenta por cento mais baixa do que a janela de processo ideal, em geral, se produz uma camada de aniquilação 106 que tem imperfeições suficientes e imperfeições para agir como campos de recombinação.
[035] Em geral, a medição de imperfeição pode ser alcançada por qualquer método ou técnica adequada tal como, mas não limitado a, contagem ótica de imperfeições, medição de medições de difração de raio-x, e/ou medição de tempo de vida induzida por fóton. Com relação à contagem ótica de imperfeições, tipicamente, a superfície do material a ser medida é submetida a uma solução de gravação que decora as imperfeições e gera uma concavidade onde a imperfeição está presente. Quando se usa o método ótico, os resultados são apresentados como uma densidade de imperfeição por área de unidade, mas isso pode estar relacionado ao número de densidade de imperfeição por centímetros cúbicos. A medição mais precisa de imperfeição para esse dispositivo é a tempo de vida do veículo induzido a fóton. A razão para essa preferência em metodologias é pelo fato de que o método de tempo de vida do veículo induzido a fóton leva em conta e inclui um desenho específico de dispositivo e a operação pretendida da camada de aniquilação 106.
[036] Em geral, enquanto qualquer quantidade adequada de imperfeição possa ser usada, deve ser entendido que a imperfeição é específica da aplicação e é relativamente variável dependendo do conjunto de material. A imperfeição no cristal e a desorientação ajudam na recombinação de elétrons livres e os orifícios livres que são produzidos pela pluralidade de fótons 404 (ilustrados na figura 4) que colidem na superfície 148 e se movem para a camada de aniquilação 106 são similares aos materiais usados na camada de abertura de banda graduada 142. Tipicamente, a camada de aniquilação 106 pode ser produzida de qualquer material adequado tal como, mas não limitado a, imperfeição preenchida de HgCdTe, HgCdSe, InAsSb, ou semelhante. Entretanto, o material usado para a camada de aniquilação 106 deve ser um material que aceita os elétrons livres e os orifícios livres prontamente a partir de suas respectivas bandas, isto é, orifícios livres a partir das bandas de valência e elétrons livres a partir da banda de condução, e que estimula a recombinação de orifícios livres e elétrons livres.
[037] A espessura 107 da camada de aniquilação 106 pode ser produzida de qualquer espessura adequada 107. Deve ser entendido que a espessura de camada de aniquilação 106 é específica para a aplicação e pode ter uma grande quantidade de variabilidade. Entretanto, em geral, a camada de aniquilação 106 pode ter espessuras 107 que podem variar a partir de uma monocamada a 10.0 mícrons, com uma banda mínima a partir de 0,5 mícrons a 5,0 mícrons, e uma banda preferida a partir de 0,8 mícrons a 1,2 mícrons.
[038] Também, dependendo da seleção dos materiais usadas para constituir a camada de aniquilação 106, a camada de aniquilação 106 pode ser graduada como descrito aqui abaixo de modo que a energia de abertura de banda pode ser sintonizada ou configurada de tal modo a facilitar a recombinação de elétrons livres e os orifícios livres após os referidos elétrons livres e os orifícios livres terem passado através da camada de abertura de banda graduada 142.
[039] Como mostrado na figura 1, a camada de abertura de banda graduada 142 é disposta na superfície 112 da camada de aniquilação 106. Em geral, a camada de abertura de banda graduada 142 pode ser produzida de qualquer material adequado ou combinação de materiais que tenham Parâmetros de retículo similares e diferentes energias de abertura de banda (eV), tal como, mas não limitado a, HgCdTe, HgCdSe, InAsSb, Telureto de Mercúrio (HgTe), InSb, Telureto de Cádmio (CdTe), Seleneto de Mercúrio (HgSe), Arseneto de Índio (InAs) ou, Alumínio Antimoneto de Gálio (AIGaSb), Arseneto de Antimoneto de Índio (InAsSb), HgCdSe, Telureto de Seleneto de Zinco Cádmio (CdZnSeTe), Telureto de Cádmio Manganês (CdMnTe), e semelhante.
[040] Como mostrado nas figuras 1 e 5, uma camada 190 pode ser disposta sobre o dispositivo fotônico magneticamente polarizado 100 que pode ter diversos fins tais como, mas não limitado a, um filtro, um revestimento de proteção, uma lente, e semelhante. Mais especificamente e com referência à figura 1, a camada 190 pode ser disposta na superfície 148 de camada de abertura de banda graduada 142 e na figura 5 a camada 190 pode ser disposta na superfície 504 de substrato 501 acima da camada de abertura de banda graduada 142. Deve ser entendido que a seleção de superfícies 104 e 105 de substrato 102, e superfícies 504 e 505 de substrato 501 são dependentes dos materiais envolvidos e desenho específico de dispositivo. Por exemplo, como mostrado na figura 5, quando é desejado se ter uma camada de abertura de banda graduada 142 para interagir com fótons dotados de um determinado comprimento de onda, o substrato 501 tem que ser transparente para aquele comprimento de onda. Assim sendo, a camada 190 pode ser produzida para passar de modo seletivo em determinados comprimentos de onda ao mesmo tempo em que exclui outros comprimentos de onda, desse modo proporcionando um filtro seletivo. Adicionalmente, deve ser entendido que a camada 190 pode ser produzida para passar por determinados comprimentos de onda de fótons em uma camada de abertura de banda graduada 142 e refletir outros comprimentos de onda de fótons. Adicionalmente, deve ser entendido que a camada 190 pode ter múltiplas camadas que podem ser utilizadas para uma variedade de fins. A camada 190 pode ser disposta em ou sobre a camada de abertura de banda graduada 142 por qualquer método ou tecnologia adequada bem conhecido na técnica tal como, mas não limitado àquelas que são discutidas aqui. Adicionalmente e em alguns casos, a camada pode ser laminada em ou sobre a camada de abertura de banda graduada 142.
[041] Dependendo da aplicação específica, desenho, e materiais selecionados, a camada 190 pode ser qualquer dispositivo fotônico adequado tal como, mas não limitado a uma camada antireflexo, um espelho seletivo, uma camada de foco, refletor, ou semelhante.
[042] Com referência agora a ambas as figuras 1 e 2, a figura 2 é um gráfico grandemente simplificado de Abertura de banda de energia (eV) 202, Parâmetro de retículo (Nanômetros) 204, e Comprimento de onda de fóton (Nanômetros) 205 de uma variedade de materiais semicondutores, com a Abertura de banda de energia (eV estando no eixo Y esquerdo, com o Comprimento de onda de fóton estando no eixo Y direito, e com o Parâmetro de retículo estando no eixo X). Como mostrado na figura 2, um material semicondutor específico (representado como um ponto numericamente identificado) pode ser associado com um número específico que representa o parâmetro de retículo. Adicionalmente, o referido material semicondutor específico pode ser associado com um número específico que representa a energia de abertura de banda (eV). Também, o referido material semicondutor específico pode ser associado com um específico comprimento de onda de luz em que o(s) fóton(s) pode(m) ser absorvidos pelo referido material semicondutor específico.
[043] Por uma questão de maior clareza, muitos dos materiais semicondutores disponíveis não foram identificados. Entretanto, deve ser entendido por aqueles versados na técnica, que os referidos materiais e os futuros materiais são contemplados pela presente invenção.
[044] Por meio de exemplo, a figura 2 ilustra um número limitado de materiais, o ponto numericamente representado por 206 é Telureto de Mercúrio (HgTe), o ponto numericamente representado por 210 é Antimoneto de Índio (InSb), o ponto numericamente representado por 212 é Telureto de Cádmio (CdTe), o ponto numericamente representado por 214 é Seleneto de Mercúrio (HgSe), o ponto numericamente representado por 216 é Arseneto de Índio (InAs), o ponto numericamente representado por 218 é Antimoneto de Gálio (GaSb), o ponto numericamente representado por 220 é Alumínio Antimoneto (AlSb), o ponto numericamente, representado por 222 é Seleneto de Cádmio (CdSe), o ponto numericamente representado por 224 é Telureto de Zinco (ZnTe), o ponto numericamente representado por 226 é Telureto de Manganês (MnTe), o ponto numericamente representado por 228 é Seleneto de Manganês (MnSe), o ponto numericamente representado por 230 é Sulfureto de Cádmio (CdS), o ponto representado por 232 é Fosfito de índio (InP), o ponto representado por 234 é Seleneto de Zinco (ZnSe), o ponto representado por 236 é Arseneto de Gálio (GaAs), o ponto representado por 238 é Germânio (Ge), o ponto representado por 240 é Sulfeto de Zinco (ZnS), o ponto representado por 242 é Fosfito de Alumínio (AlP), o ponto representado por 244 é Fosfito de Gálio (GaP), e ponto representado por 246 é Silício (Si).
[045] Como mostrado na figura 2, alguns padrões verticais de materiais podem ser vistos em que vários materiais têm parâmetros de retículo similares. Apenas por meio de exemplo, os materiais HgSe 214, InAs 216, GaSb 218, AlSb 220, CdSb 222, e ZnTe 224 têm um parâmetro de retículo de cerca de ou aproximadamente 0,61 nm, desse modo indicando que os referidos diferentes materiais têm uma reticulação similar das estruturas de cristal o que permite o potencial de empilhamento e/ou alinhamento de alguns dos referidos diferentes materiais a serem depositados em cada outro e ter um baixo número de imperfeições ou defeitos.
[046] Com referência agora à figura 3, a figura 3 é um gráfico grandemente simplificado de Abertura de banda de energia (eV), Parâmetro de retículo (Nanômetros), e Comprimento de onda (Nanômetros) de um conjunto de composição de material ilustrando a graduação dos materiais de composição para ajustar a abertura de banda ao mesmo tempo em que se mantém as características do Parâmetro de retículo. Apenas por meio de exemplo, que usa um número limitado de materiais, o ponto numericamente representado por 214 é Seleneto de Mercúrio (HgSe), o ponto 222 é Cádmio Selênio (CdSe), o ponto 224 é Telureto de Zinco (ZnTe), o ponto 226 é Telureto de Manganês (MnTe), e ponto 228 é Seleneto de Manganês (MnSe). Adicionalmente, deve ser entendido que os materiais encontrados na figura 3 não são pretendidos ser uma lista totalmente inclusiva. Como mostrado na figura 3, alguns materiais têm Parâmetros de retículo muito similares na direção vertical.
[047] Apenas por meio de exemplo, que usa o parâmetro de retículo de aproximadamente 0,645 nanômetros (nm), um grupamento vertical de materiais se insere dentro e em torno de 0,647nm. O grupamento inclui HgTe, InSb, e CdTe. Em ainda outro exemplo, que usa o parâmetro de retículo de aproximadamente 0,61 Onm um grupamento vertical se insere e em torno de 0,61 Onm. O grupamento inclui HgSe, InAs, GaSb, AlSb, CdSe, e ZnTe. Deve ser entendido que outros grupamentos verticais podem ser usados que não tenham sido mencionados aqui.
[048] Ao se usar a figura 2 ou um gráfico similar e materiais de grupamento em grupos verticais, um conjunto de material é desenvolvido para a produção de camada de abertura de banda graduada 142. Também, como mostrado na figura 2, Comprimentos de onda (nm) e Aberturas de banda de energia correspondentes aos comprimentos de onda são mostrados. Assim, ao se realizar a correta seleção de material, um correto grupamento de materiais com as corretas aberturas de banda pode ser produzido de modo que os elétrons livres e os orifícios livres (vide as figuras 4 e 5) podem ser capturados e direcionados para os contatos 116 e 128. Onde os elétrons livres e os orifícios livres capturados podem ser aplicados uma carga 176 para um trabalho útil.
[049] Em geral, a camada de abertura de banda graduada 142 pode ser gerada por se desenvolver uma camada de composição de material continuamente modificado dentro de um grupamento vertical. Deve ser entendido por aqueles versados na técnica que uma determinada quantidade de flexibilidade existe na seleção de materiais usados para produzir a camada de abertura de banda graduada 142 e a camada de aniquilação 106.
[050] Com referência agora às figuras 1, 2 e 3 e apenas por meio de exemplo, a camada de abertura de banda graduada 142 pode ser gerada ao se desenvolver uma camada de composição de material continuamente modificado dentro da série dos selenetos de materiais, indicado por pontos 214 e 222. Como mostrado na figura 3, HgSe 214, indicado pelo ponto 214 tem uma abertura de banda de aproximadamente -0,1 eV e um parâmetro de retículo de aproximadamente 0,61 nm. Também na figura 3, é mostrado que CdSe (222) tem uma abertura de banda de aproximadamente 1,7eV e um parâmetro de retículo de aproximadamente 0,61 nm. Um material intermediário de aberturas de banda pode ser criado por intermisturar CdSe e HgSe. Por meio de exemplo, o material de seleneto com metade de Cádmio e metade de Mercúrio (Cdo.5Hgo.5Se) tem uma abertura de banda de aproximadamente 0,8eV e um parâmetro de retículo de aproximadamente 0,61 nm, e é representado pelo ponto 395 na figura 3. De modo similar, a mistura de 90% CdSe e 10% HgSe (Cdo.9Hgo.1Se) tem uma abertura de banda de aproximadamente 1,52eV e é mostrado pelo ponto 394 na figura 3. De modo similar, o ponto 396 representa Cdo.3Hgo.7Se e tem uma abertura de banda de aproximadamente 0,44eV, o ponto 397 representa Cdo.25Hgo.75Se e tem uma abertura de banda de aproximadamente 0,35eV, e ponto 398 representa Cdo.05Hgo.95Se e tem uma abertura de banda de aproximadamente 0,19eV. todos os referidos materiais de composição têm um parâmetro de retículo de aproximadamente 0,61 nm.
[051] Por exemplo, camada de abertura de banda graduada 142 pode ser criada ao se desenvolver uma série de materiais de composição que mudam continuamente os quais inicialmente têm uma composição de 5% de Cádmio Cdo.05Hgo.95Se e onde o teor de cádmio é continuamente aumentada a 100% (CdSe) ao se aumentar o fluxo atômico de Cádmio ao mesmo tempo em que se reduz o fluxo atômico de Mercúrio durante o desenvolvimento ao mesmo tempo em que se mantém amplo o Selênio com o qual o Cádmio e Mercúrio podem reagir para formar um material cristalino aproximadamente perfeito com um parâmetro de retículo de aproximadamente 0,61 nm. Apenas por meio de exemplo, a referida composição que muda continuamente pode ser realizada ao se desenvolver uma camada de abertura de banda graduada na máquina de deposição de Vapor Químico que usa três gases precursores; um precursor que contém Selênio, um que contém Cádmio, e um ne que contém Mercúrio. Apenas por meio de exemplo, ao se criar uma corrente de gás que é 5% de precursor de Cádmio e 95% de precursor de Mercúrio dentro da área de desenvolvimento com suficiente precursor de Selênio para induzir o crescimento aproximadamente perfeito do cristal, uma camada de Cdo.05Hgo.95Se pode ser desenvolvida. Ao se então aumentar o fluxo de precursor de Cádmio ao mesmo tempo em que se diminui o fluxo de precursor de Mercúrio que mantém amplo o precursor de Selênio para o crescimento aproximadamente perfeito do cristal, o teor atômico de Cádmio na camada de desenvolvimento irá continuamente aumentar ao mesmo tempo em que o teor atômico de Mercúrio na camada de desenvolvimento irá reduzir. No momento quando o fluxo de precursor de Cádmio foi 25% e o teor de precursor de Mercúrio foi 75% o material que se desenvolveu em cima da camada de abertura de banda graduada 142 pode ser Cdo.25Hgo.75Se e pode ser representado pelo ponto 397 na figura 3. Na medida em que o desenvolvimento continuou e o teor do precursor continuou a mudar, o desenvolvimento pode passar continuamente através das diversas composições, 396, 395, e 394, e pode eventualmente cessar de mudar quando o teor de precursor de Mercúrio for zero por cento e a composição pode ser pura CdSe (222) com uma abertura de banda de aproximadamente 1,7eV.
[052] Apenas por meio de exemplo o processo de criar a camada de abertura de banda graduada 142 pode ser continuado para energias mais altas de abertura de banda por continuamente mudar a composição para incluir quantidades cada vez maiores de ZnTe (224) na medida em que o teor de CdSe (222) diminui. Isso pode ser realizado ao se usar dois precursores adicionais que contêm Zinco e Telúrio. A Composição intermediária 393 representa o ponto quando as quantidades aproximadamente iguais de ZnTe e CdSe são incorporadas no filme e tem a composição química Zno.sCdo.sTeo.sSeo.s e tem uma abertura de banda de aproximadamente 2.0eV. a referida composição pode adicionalmente ser continuamente mudada para o ponto de 100% ZnTe (do 224) e 0% CdSe com a abertura de banda de aproximadamente 2,2eV.
[053] O referido processo pode ser adicionalmente continuado para uma maior abertura de banda por intermisturar MnSeo.5Teo.5 (ponto 391) com ZnTe (224). Por meio de exemplo de novo, uma composição intermediária junto com o seu trajeto é o ponto 392 com a composição de Zno.5Mno.5Teo.75Seo.25- A referida composição pode ser derivada a partir de partes iguais da composição 224 e 391 como, (ZnTe)0,5(MnSe0,5Te0,5)o.5-
[054] Outro sistema de material que pode ser usado para produzir o referido dispositivo é o Telureto de Cádmio Mercúrio (HgxCd(i-X)Te). O sistema de material de Telureto de Cádmio é similar aos sistemas anteriores, em que a abertura de banda pode ser modificada continuamente por alterar a relação de Telureto de Mercúrio para Telureto de Cádmio. A mesma é diferente em que o parâmetro de retículo é maior, e portanto o referido sistema deve em geral ser desenvolvido em um diferente substrato para evitar as excessivas imperfeições, mas é similar em que o teor fracional de Telureto de Mercúrio para Telureto de Cádmio quando continuamente variado, resulta em uma variada abertura de banda. Deve ser entendido por aqueles versados na técnica, que outros sistemas podem ser identificados e usados da mesma forma.
[055] Uma versão da referida estrutura que é descrita aqui é o desenvolvimento de materiais de abertura de banda menores que têm um parâmetro de retículo que é diferente a partir do parâmetro de retículo de substrato principal, e diferente a partir do parâmetro de retículo principal da maior parte das aberturas de banda graduada. É possível se desenvolver quase perfeitamente o material cristalino em um substrato ou parcialmente desenvolver a camada que tem um diferente parâmetro de retículo do que o novo material a ser desenvolvido. Apenas como um exemplo, na estrutura invertida (A figura 5), uma maior abertura de banda de porção da camada de abertura de banda graduada pode ser desenvolvida no sistema l ll-V que usa um conjunto de materiais com 0,61 nm de parâmetro de retículo por iniciar a partir de AlSb e aumentar GaSb em lugar de AlSb para reduzir a abertura de banda. A abertura de banda pode ser adicionalmente reduzida de modo graduado a partir daquele de GaSb para aquele de InAs por incluir um maior teor de InAs e um menor teor de GaSb. A referida transição pode continuar para 100% de InAs. Uma abertura de banda adicional reduz em 0,61 nm o parâmetro de retículo no sistema II-V não é possível com um material conhecido. Entretanto, pelo fato da abertura de banda de InAs ser apenas relativamente maior do que aquela de uma camada de aniquilação ideal, a porção final da camada de abertura de banda graduada pode ser produzida imperfeitamente ao se desenvolver um material com um diferente parâmetro de retículo na camada InAs. Pelo fato da referida nova porção da camada de abertura de banda graduada ser imperfeita, a mesma irá agir simultaneamente como uma combinação da camada de abertura de banda graduada e uma camada de aniquilação. A modificação em desempenho a partir de construir a estrutura desse modo será relativamente pequena, mas construir a mesma desse modo se permite o uso de materiais para o volume da camada de abertura de banda graduada que não permitiria uma perfeita transição para as menores aberturas de banda e a camada de aniquilação. É também entendido que a camada de aniquilação pode em general ser combinada com as regiões de menor abertura de banda da camada de abertura de banda graduada de modo que a aniquilação de veículos é combinada com um gradiente de abertura de banda que força os veículos ao fundo do dispositivo.
[056] É entendido que interrupções menores no desenvolvimento da composição que podem resultar em descrever a camada de abertura de banda graduada como não contínua ou interrompida ou segmentada são entendidas ter um menor impacto no desempenho do dispositivo, e são também cobertas por nossa descrição geral de uma transição a partir de uma abertura de banda para outra abertura de banda sobre uma distância da ordem de mícrons. É também concebido e reivindicado aqui, estruturas que incluem diferentes coeficientes de mudança na abertura de banda como uma função da espessura. É importante se observar que o coeficiente de mudança de abertura de banda com a espessura é a trade-off entre uma absorção substancialmente completa na região da abertura de banda graduada onde a abertura é aproximadamente igual à energia da luz que é absorvida (realizada mais perfeitamente com uma camada muito espessa), e minimizando a espessura para reduzir a resistência ao fluxo e o tempo que leva para um veículo para transitar a partir de onde o mesmo é criado na estrutura para a camada de aniquilação. Em geral, camadas excessivamente espessas tal como, mas não limitadas, a camada de aniquilação 106 da camada de abertura de banda graduada 142, e semelhante absorve mais perfeitamente, mas tem excessiva resistência, enquanto as camadas delgadas têm mínima resistência mas absorvem menos perfeitamente. Pode ser vantajoso se criar uma camada de abertura de banda graduada em duas seções: uma seção com relativa graduação para absorver mais perfeitamente, e uma segunda seção com uma graduação mais forte para acelerar os veículos em direção da camada de aniquilação. A referida variação estrutural pode aprimorar o desempenho em situações onde a fonte de luz contém uma banda limitada para as energias de fóton que podem ser absorvidas na camada com relativa graduação, e então aceleradas sobre uma curta distância na segunda seção com forte graduação.
[057] Adicionalmente, é entendido que os fótons absorvem na camada de aniquilação, e pode contribuir para um aumento adicional na energia de saída do dispositivo fotônico magneticamente polarizado.
[058] Com referência à figura 1, como previamente mencionado com relação a camada de aniquilação 106, é algumas vezes útil se considerar os materiais selecionados para a camada de abertura de banda graduada 142 e utilizar a mesma seleção de material para uso em uma aniquilação posterior 106. Por utilizar a referida técnica de selecionar os conjuntos de material, é algumas vezes possível se reduzir a tensão na estrutura de cristal através de todas as camadas de material e ainda manter uma alta densidade de imperfeição em aniquilação 106.
[059] Tipicamente, a camada de abertura de banda graduada 142 é um material epitaxialmente depositado. O material epitaxialmente depositado permite que a reticulação da estrutura de cristal se forme. A camada depositada pode ser produzida por qualquer método ou técnica adequada tal como anteriormente discutido com referência à camada de aniquilação 106. Uma vez que os instrumentos de deposição foram discutidos anteriormente, os mesmos não precisam ser repetidos aqui abaixo exceto em uma parte pertinente. Entretanto, deve ser entendido que deposição de camada de abertura de banda graduada 142 é diferente a partir daquela da camada de aniquilação 106 em que a estrutura cristalina do material depositado para a camada de abertura de banda graduada 142 é importante e o número de imperfeições, imperfeições, e semelhante deve ser o menos possível.
[060] O material de abertura de banda graduada é epitaxialmente depositada na espessura 143 na camada de aniquilação 106. Tipicamente, uma pequena quantidade de material é epitaxialmente depositada que é similar ou a mesma que a camada de aniquilação 106 de modo que os mesmos constituintes químicos são usados. Tipicamente, o referido material inicial para a camada de abertura de banda graduada pode variar a partir de 0,1 mícrons a 50,0 mícrons de espessura, com a mínima espessura que varia a partir de 5,0 mícrons a 30.0 mícrons, e uma espessura preferida sendo 10.0 mícrons a 20.0 mícrons. De modo a obter um material dinamicamente graduado que é correspondido ao retículo, enquanto o material anterior está ainda sendo depositado. Novos gases usados para a deposição são lentamente permitidos entrar na câmara de reação desse modo um segundo novo material é lentamente depositado no material precedente dinamicamente graduado. Tipicamente, o referido segundo novo material pode variar a partir de 0,1 mícrons a 50,0 mícrons de espessura, com a mínima espessura que varia a partir de 5,0 mícrons a 30.0 mícrons, e a banda de espessura preferida sendo 10.0 mícrons a 20.0 mícrons. O referido processo pode ser continuado por quantas vezes que for desejado ou que são necessárias para a aplicação específica. Por se permitir que o material depositado seja dinamicamente depositado e ao se selecionar os corretos materiais para deposição, a camada de abertura de banda graduada 142 dinamicamente é capaz de ser depositada.
[061] Com referência agora à figura 1, o contato 116 dotado das superfícies 118, 120, 122, e 124 e o contato 128 dotado das superfícies 130, 132, 134, e 136 são localizados nas superfícies 146 e 150, respectivamente, de camada de abertura de banda graduada 142 e na superfície 114 e 110 da camada de aniquilação 106, respectivamente. Tipicamente, os contatos 116 e 128 podem ser produzidos em qualquer configuração adequada, tal como, mas não limitado a, superfícies de conformação 146 e 150 das extremidades 192 e 194 de camada de abertura de banda graduada 142, camada de aniquilação 106, seja isoladamente, combinada, ou em parte do dispositivo fotônico magneticamente polarizado 100. Os contatos 116 e 128 são produzidos na espessura 189 e 191, respectivamente. Deve ser conhecido por aqueles versados na técnica que espessuras típicas de contatos elétricos na técnica. Tipicamente, os contatos 116 e 128 se conformam às superfícies 146 e 150 de camada de abertura de banda graduada 142 e às superfícies 114 e 110 de camada de aniquilação 106. Entretanto, deve ser entendido que em alguns casos os contatos 116 e 128 podem ter formatos diferentes dos que são então mostrados na figura 1. Apenas por meio de exemplo, em alguns casos os contatos 116 e 128 podem ser dissimilares de tamanho, em que o contato 116 tem uma maior área de superfície do que o contato 128. Adicionalmente, regiões de dopagem, indicadas por linhas pontilhadas 96 e 198, das extremidades 192 e 194 podem ser usadas para aumentar a condutividade elétrica para a camada de aniquilação 106 e a camada de abertura de banda graduada 142. Tipicamente, regiões de dopagem 196 e 198 são dopados com qualquer dopante adequado. Com elétrons livres se movendo em direção de contato 116, um dopante do tipo N- pode ser usado e com orifícios livres se movendo em direção de contato 128 para o dopante do tipo P- pode ser usado. Aqueles versados na técnica podem ser capazes de determinar as concentrações da dopagem para os materiais específicos da composição e o tipo de dispositivo.
[062] Adicionalmente, deve ser entendido que os planos de material de composição idêntica que constituem a camada de abertura de banda graduada 142 estão em ângulos de aproximadamente noventa graus com relação ao plano definido pela região de dopagem 192, enquanto que em dispositivos convencionais os referidos planos de composição idêntica são ou coplanares ou paralelos aos planos do dopante. Os contatos 116 e 128 podem ser produzidos de qualquer material condutor ou semicondutor adequado tal como, mas não limitado a, metais, uma combinação de camadas de metal, ligas, materiais semicondutores, e/ou qualquer combinação dos acima.
[063] Uma pluralidade de linhas de campo magnético 159 representadas por linhas de campo magnético 157, 158, 160, 161, e 162 são mostradas passando através de e em torno do dispositivo fotônico magneticamente polarizado 100. Mais especificamente, a figura 1 indica a direção das linhas de campo magnético 159 com a linha de campo magnético 158 passando sobre a superfície de topo da camada de abertura de banda graduada 142 e com linhas de campo magnético 160 passando através da camada de abertura de banda graduada 142, com a linha de campo magnético 162 passando através de camada de aniquilação 106, com a linha de campo magnético 157 passando através de substrato 102, e com a linha magnética 161 passando sob o substrato 102. Deve ser entendido que as linhas de campo magnético 159 é uma força que é representada pelas linhas 157, 158, 160, 161, e 162. Enquanto as linhas de campo magnético 159 são mostradas como sendo perpendiculares à superfície seccionada de dispositivo fotônico magneticamente polarizado 100, a orientação das linhas de campo magnético 159 pode ser ajustada em qualquer ângulo adequado no plano horizontal e plano vertical, ilustrado por elementos 172 e 174, respectivamente. Como discutido posteriormente na descrição da figura 4, a direção do campo magnético é orientada ortogonal à força de gradiente de abertura da direção da banda. Essa é a orientação para a máxima eficiência do dispositivo e é mostrada na linha de interseção de ângulos horizontais adequados 172 e ângulos verticais 174, mas deve ser entendido que pequenas variações a partir dessa orientação ideal irão resultar em desempenho que é apenas relativamente menos do que a orientação ideal irá proporcionar. Uma única propriedade do gradiente de abertura de banda é que ela forçosamente aciona ambos os elétrons livres e os orifícios livres na mesma direção, em oposição a um campo elétrico (seja externamente aplicado ou internamente gerado em uma estrutura do diodo de um dispositivo fotovoltaico convencional) que puxa os elétrons livres em uma direção e orifícios livres em outra.
[064] As linhas de campo magnético 159 podem ser geradas por qualquer método ou tecnologia adequada tal como, mas não limitado a um magneto em barra, um magneto de terras raras, um eletromagneto, eletromagneto supercondutor, ou semelhante. Em geral, o campo magnético 159 pode variar a partir de 0,1 Tesla a 50,0 Tesla, com uma banda nominal a partir de 0,5 Tesla a 10.0 Tesla.
[065] A figura 4 é uma ilustração em perspectiva simplificada grandemente ampliada de um dispositivo fotônico magneticamente polarizado 100 como em geral ilustrado na figura 1 adicionalmente incluindo a fonte fotônica 402 dotada de uma pluralidade de fótons 404 com exemplo de fótons dotados de números de identificação 406, 408, 410, e 412. Como mostrado na figura 4, a fonte fotônica 402 emite uma pluralidade de fótons 404 que inundam a superfície 148 de dispositivo fotônico magneticamente polarizado 100. Quando a pluralidade de fótons 404 colidem na superfície 148 da camada de abertura de banda graduada 142, pelo menos a porção de energia da pluralidade de fótons 404 é transferida aos elétrons livres na reticulação da estrutura de cristal que constituem a camada de abertura de banda graduada 142. O que, dependendo do tipo de material, a estrutura do material da camada de abertura de banda graduada 142 e a energia de abertura de banda, a pluralidade de elétrons livres 414 e a pluralidade de orifícios livres 424 e, individualmente identificados como elétrons livres 416, 418, 420, e 422 e orifícios livres 425, 428, 430, e 432 são consequentemente gerados na camada de abertura de banda graduada 142 e são capazes de movimento no retículo do cristal da camada de abertura de banda graduada 142.
[066] Por exemplo, com a camada de abertura de banda graduada 142 sendo disposta de modo que o material de abertura de banda dotada de uma grande abertura de banda de energia é localizado em ou em torno da superfície 148 e com outro material de abertura de banda dotado de aberturas de banda de energia sequencialmente menores sendo graduadas através da abertura de camada de banda de energia 142 com o material de menor energia de abertura de banda localizado em ou em torno da superfície 112 de camada de aniquilação 106. Por meio de exemplo, a camada de abertura de banda graduada 142 pode ter aberturas de banda de energia que variam a partir de 2,5eV a 0,8eV e com o material de abertura de banda de 2,5eV sendo localizado em ou próximo da superfície 148 no topo da camada de abertura de banda graduada 142, com o material de 0,8 eV sendo localizado próximo da superfície 112 da camada de aniquilação 106, e com outro material adequado de abertura de banda sendo graduado entre o material de 2,5eV e o material de 0,8eV. Adicionalmente, fótons 406, 408, 410, e 412 podem ter energias de fóton de 2,5eV, 2.0eV, 1,7eV, e 0,8eV, respectivamente. Como mostrado na figura 4, o fóton 406 colide na superfície 148 e são absorvidos próximos da superfície 148. A absorção de fóton 406 na reticulação da estrutura de cristal de camada de abertura de banda graduada 142 gera elétron livre 422 e orifício livre 425 pelo fato de que o retículo do material de cristal da abertura de banda e o fóton 406 têm a mesma energia, nesse caso 2,5eV, elétron livre 422 e orifício livre 425 são agora capazes de se mover na reticulação da estrutura de cristal da camada de abertura de banda graduada 142 em direção de camada de aniquilação 106.
[067] Entretanto, como mostrado na figura 6, o elétron livre 422 e o orifício livre 425 são afetados pelo campo magnético 159, em que o elétron livre 422 se move em direção de contato 116 na medida em que o mesmo se move em direção da camada de aniquilação 106, indicado pela seta 602, e orifício livre 425 se move em direção de contato 128 na medida em que o mesmo também se move em direção da camada de aniquilação 106, indicado pela seta 610.
[068] Como mostrado na figura 4, o fóton 408 colide na superfície 148 e é absorvido pelo material do retículo do cristal da estrutura de camada de abertura de banda graduada 142. Entretanto, o fóton 408 percorre através da camada de abertura de banda graduada 142 até que o fóton 408 é absorvido por material em camada de abertura de banda graduada 142 dotado da mesma abertura de banda de energia que o fóton 408. Nesse caso particular, o fóton 408 tem uma energia de 2.0eV e o material na abertura de banda graduada também tem uma Abertura de banda de energia de 2.0eV. O fóton 408 é subsequentemente capturado e gera um elétron livre 420 e um orifício livre 428 que tem mobilidade na reticulação da estrutura de cristal de camada de abertura de banda graduada 142. Entretanto, como anteriormente descrito com referência ao elétron livre 422 e ao orifício livre 425, o campo magnético 159 move o elétron livre 420 em direção de contato 116 e move o orifício livre 428 em direção de contato 128, como indicado por setas 604 e 612, respectivamente.
[069] O Fóton 410 colide na superfície 148 e é absorvido dentro do material de reticulação da estrutura de cristal de camada de abertura de banda graduada 142. Entretanto, o fóton 410 percorre mais para além do que fóton 408 dentro da camada de abertura de banda graduada 142 até p fóton 410 ser absorvido pelo material de abertura de banda em camada de abertura de banda graduada 142 dotado da mesma abertura de banda de energia que a energia de fóton 410. Nesse caso particular, o fóton 410 tem uma energia de 1,7eV e o material na abertura de banda graduada também tem uma abertura de banda de energia de 1,7eV. o Fóton 410 é subsequentemente capturado e gera um elétron livre 418 e um orifício livre 430 ambos os quais têm mobilidade no material de reticulação da estrutura de cristal de camada de abertura de banda graduada 142. Entretanto, como anteriormente descrito com referência aos elétrons livres 420, e 422 e aos orifícios livres 425 e 428, o campo magnético 159 move o elétron livre 418 em direção de contato 116 e move o orifício livre 430 em direção de contato 128, como indicado por setas 606 e 614, respectivamente.
[070] Quando o fóton 412 colide na superfície 148, o fóton 412 não é absorvido imediatamente dentro da reticulação da estrutura de cristal de camada de abertura de banda graduada 142, mas percorre a mesma distância e tempo na camada de abertura de banda graduada 142. Entretanto, o fóton 412 percorre através de camada de abertura de banda graduada 142 até que o fóton 412 é absorvido pelo material na camada de abertura de banda graduada 142 dotado da mesma abertura de banda de energia que a energia de fóton 412. Nesse caso particular, o fóton 412 tem uma abertura de banda de energia de 0,8eV e o material na camada de abertura de banda graduada 142 também tem uma energia de 0,8eV. O Fóton 412 é subsequentemente capturado e gera um elétron livre 416 e um orifício livre 432 que tem mobilidade na reticulação da estrutura de cristal da camada de abertura de banda graduada 142. Entretanto, como anteriormente descrito com referência aos elétrons livres 418, 420, e 422 e aos orifícios livres 425, 428, 430, o campo magnético 159 move o elétron livre 416 em direção de contato 116 e move o orifício livre 432 em direção de contato 128 como indicado por setas 608 e 616, respectivamente.
[071] Em virtude da interação dos elétrons livres 422, 420, 418, e 416 e dos orifícios livres 425, 428, 430, e 432 com o campo magnético 159, os elétrons livres 422, 420, 418, e 416 e os orifícios livres 425, 428, 430, e 432 são movidos em direção de contato 116 e contato 128, respectivamente. Assim, a energia da pluralidade dos elétrons livres e dos orifícios livres 414 e 424 é capaz de ser capturada. Deve ser entendido que embora apenas quatro fótons 406, 408, 410, e 412 represente a pluralidade de fótons, o número de fótons que colidem com a superfície 148 é extremamente grande. Assim, deve ser adicionalmente entendido que o número da pluralidade de elétrons livres 414 e da pluralidade de orifícios livres 424 é também extremamente grande.
[072] Com referência à figura 4, diversas direções de força 426, 436, e 440 são indicadas por duplas setas, e diversas direções de movimento, 434, 438, e 442 são indicadas por setas simples. A direção da força 426 é a Força de gradiente de abertura de banda nos orifícios livres e elétrons livres a partir do momento que as mesmas são criadas por absorção de um fóton, até que as mesmas se recombinam com um veículo oposto (elétrons livres combinam com orifícios livres para se anular um ao outro e formar seja um fóton secundário, ou um eventos e perda de energia que produz em sua maioria calor). É entendido que a grande maioria dos veículos não irá recombinar com o seu veículo oposto até que os mesmos alcancem a camada de aniquilação, mas é inevitável que em qualquer real dispositivo com muitos veículos de ambos os tipos, alguma recombinação pode ocorrer prematuramente em qualquer ponto no dispositivo. É entendido que a recombinação antes do veículo alcançar a camada de aniquilação irá resultar na redução em eficiência de conversão. A direção de movimento indicada por seta 434 é a direção de movimento de ambos os orifícios livres e elétrons livres em resposta à força de gradiente de abertura de banda 426. Deve ser entendido que a direção de movimento 434 não só dos orifícios livres mas também dos elétrons livres também tem um componente de velocidade que é também induzido pela força de gradiente de abertura de banda. Como anteriormente descrito, todo o dispositivo é localizado em um campo magnético representado por linhas 159. As linhas de campo a partir do referido campo magnético são representadas individualmente como setas 157, 158, 160, 161, e 162, mas é entendido que todo o dispositivo tem aproximadamente um campo magnético uniforme que inclui linhas de campo magnético que penetram através do mesmo em todo lugar. Em cada ponto no dispositivo, veículos que se movem irão experimentar uma força de polarização magnética igual ao produto cruzado do campo magnético com o vetor de velocidade versus a carga. A equação para a referida força é como a seguir: FMp = qv x B onde FMP é a Força de Polarização Magnética em um veículo de carga móvel com a velocidade "v" e a carga elétrica "q", com "B" a intensidade do campo magnético e "x" indicando o operador do vetor de produto cruzado. Como é visto na figura 4, o campo magnético direção é orientado ortogonal à direção da força de gradiente de abertura de banda. Isso é a orientação para a máxima eficiência do dispositivo, mas é entendido que pequenas variações a partir dessa orientação ideal irão resultar em desempenho que é apenas relativamente menos do que a orientação ideal pode proporcionar. Uma única propriedade de gradiente de abertura de banda é que o mesmo forçosamente orienta ambos os elétrons livres e os orifícios livres na mesma direção, em oposição a um campo elétrico (seja externamente aplicado ou internamente gerado em uma estrutura do diodo de um dispositivo fotovoltaico convencional) que puxa os elétrons livres em uma direção e orifícios livres em outra. A força de gradiente de abertura de banda não é polarizante mp dispositivo fotônico magneticamente polarizado 100. No dispositivo fotônico magneticamente polarizado 100, os elétrons livres e os orifícios livres adquirem não só movimento mas também velocidade, indicado por seta 434 na direção da força de gradiente de abertura de banda 426. Não só os elétrons livres negativamente carregados mas também os orifícios livres positivamente carregados dotados de movimento que se move na direção 434, experimenta uma Força de Polarização Magnética 436 para os elétrons livres e uma Força de Polarização Magnética 440 para os orifícios livres que movem os elétrons livres para a esquerda (direção 438) e orifícios livres para a direita (direção 442) na figura 4, respectivamente, desse modo facilitando a transferência da energia dos elétrons livres e dos orifícios livres em suas respectivas bandas de energia em energia elétrica como corrente elétrica 751 da figura 7 que flui contra o campo elétrico 750 da figura 7. A referida transferência de energia é realizada em uma eficiência significativamente mais elevada do que pelas células fotovoltaicas convencionais. Os elétrons livres e os orifícios livres coexistem através da camada de gradiente de abertura de banda 142 com orifícios livres que se movem na direção do eletrodo 128 e os elétrons livres que se movem na direção do eletrodo 116 na figura 4.
[073] A figura 5 mostra a estrutura invertida com itens similares identificados com números similares. Como descrito anteriormente o substrato 501 é escolhido de modo a permitir que os fótons selecionados passem através do substrato de modo que os mesmos podem ser absorvidos na camada de abertura de banda graduada 142 que é disposta na superfície 505 do substrato 501.
[074] Com referência à figura 6, o movimento do elétron livre 422 é indicado por uma seta de movimento curvo 602. O movimento de orifício livre 425 é indicado por uma seta de movimento curvo 610. Da mesma forma, veículos que são criados através do gradiente de abertura de banda são mostrados com suas setas de movimento associadas que resultam a partir das respectivas Forças de Polarização Magnética em cada veículo carregado que resulta a partir do movimento induzido pela força de gradiente de abertura de banda em cada veículo carregado.
[075] Com referência agora à figura 7, o trajeto geral percorrido por cada elétron livre e orifício livre nas figuras 4, 5, e 6 é mostrado. O trajeto 702 indica o trajeto adotado pelo elétron livre 422 com a posição final do elétron livre 422 mostrada na figura 7. O trajeto 710 é o trajeto adotado pelo orifício livre 425 com a posição final do orifício livre 425 mostrada na figura 7. De modo similar, o trajeto 704 é o trajeto adotado pelo elétron livre 420, o trajeto 712 é o trajeto adotado pelo orifício livre 428, trajeto 706 é o trajeto adotado pelo elétron livre 418, trajeto 714 é o trajeto adotado pelo orifício livre 430, o trajeto 708 é o trajeto adotado pelo elétron livre 416, e o trajeto 716 é o trajeto adotado pelo orifício livre 432. Na presente invenção, um dos únicos aspectos do presente dispositivo é que a sua voltagem de saída (o potencial elétrico entre os eletrodos 128 e 116) pode ser significativamente maior do que a abertura total da queda do gradiente de banda experimentada por cada veículo. O referido potencial estabelece um campo elétrico lateral 750 entre os eletrodos 128 e 116, e existe através da camada de abertura de banda graduada e da camada de aniquilação. A voltagem de saída do referido dispositivo é em geral uma função linear de seu comprimento (a distância entre os eletrodos 116 e 128). Esse não é o caso com os dispositivos fotovoltaicos convencionais onde a voltagem de saída é relacionada diretamente à abertura de banda do material no qual a estrutura do diodo é criado, e é limitado àquele valor. Como um exemplo, a saída típica de uma célula solar de silício é aproximadamente 0,7eV, e é limitado a aproximadamente a abertura total de banda de 1,1 eV. Como pode ser visto na figura 7, a maior parte dos veículos se move a partir do ponto no qual os mesmos foram criados por absorção de um fóton para baixo na abertura de banda graduada para a camada de aniquilação onde os mesmos encontram um veículo de tipo oposto e são aniquilados (recombinando em pares e desperdiçando a energia da abertura de banda da camada de aniquilação). Na medida em que cada veículo se move para baixo no gradiente de abertura de banda, os mesmos perdem energia potencial por que se movem a partir de uma grande energia de abertura de banda para uma energia de abertura de banda mais baixa. A referida energia é transferida em um campo elétrico lateral 750 como um movimento de carga contra o campo elétrico (a corrente contra um campo elétrico é a geração de energia elétrica). A relação de aspecto da figura 7 não é mostrada em escala e a distância entre os contatos 116 e 128 é em geral muitas vezes (50-1000 vezes) a distância a partir do topo da camada de abertura de banda graduada para o fundo da mesma. Como resultado dessa alta relação de aspecto, em geral, uma pletora de elétrons livres e de orifícios livres se move simultaneamente para baixo no gradiente de abertura de banda e encontra a sua carga oposta com a qual as mesmas se aniquilam quando alcançam o fundo do dispositivo (não mostrado). Em virtude do fato de cada par de veículo se mover para baixo a energia da abertura de banda da ordem de 1 eV, cada par se move contra aproximadamente 1 volt de potencial elétrico do campo elétrico 750. Os referidos veículos atuam como uma conexão em série de pequenas contes de energia de 1 volt com pequenas correntes que atuam para criar uma grande voltagem em uma pequena corrente. Deve ser entendido que esse dispositivo simplesmente converte energia fotônica em voltagem elétrica e corrente, e que a eficiência com a qual isso ocorre é menos do que 100%. Como um exemplo, um coulomb de carga é 6,25 x 1018 cargas elétricas. Se 6,25 x 1018 fótons/segundo de 1 eV energia (uma energia incidente de 1 Watt) são absorvidos perfeitamente na abertura de banda de 1 eV da porção da abertura de banda graduada de um dispositivo fotônico magneticamente polarizado desse tipo dotado de uma distância entre eletrodos 116 e 128 de 1 cm, a voltagem ótima de saída sob carga deve ser da ordem de 50 volts com uma corrente de aproximadamente .01 Amps. Isso pode ser uma energia de saída de 0,5 Watts que corresponde a uma conversão de energia de 50%. A referida eficiência de conversão depende de muitos fatores, incluindo, mas não limitados a mobilidade dos veículos (relacionado à resistência do dispositivo), a mínima abertura de banda da camada de aniquilação, da intensidade do campo magnético, e da espessura física do dispositivo. É possível na estrutura desse tipo se exceder 50-75% da eficiência de conversão sob condições ótimas.
[076] A figura 8 mostra um diagrama de energia versus profundidade que identifica a camada de abertura de banda graduada 142, a camada de aniquilação 106, e a camada de substrato 102. No referido diagrama a camada de aniquilação 106 é a camada de Cdo.05Hgo.95Se preenchida de imperfeição om a abertura de banda de aproximadamente 0,19eV que, por exemplo, pode apenas ser depositada na temperatura que induz as imperfeições anti-campo (os átomos de Selênio posicionados onde o Mercúrio ou o Cádmio pode ser localizado no cristal perfeito). A camada de abertura de banda graduada 142 no referido diagrama é desenvolvida de tal modo que o material tem qualidade superior e poucas imperfeições. Isso pode ser realizado, por exemplo, apenas ao se aumentar a temperatura de desenvolvimento para a temperatura de desenvolvimento ideal em um crescimento aproximadamente perfeito do cristal sem imperfeições anti-campo. A composição inicial da abertura de banda graduada é Cdo.05Hgo.95Se, indicado na figura 8 como uma linha pontilhada 898 que corresponde ao ponto 398 na figura 3. Adicionalmente, a composição de camada de abertura de banda graduada 142 é continuamente modificada para incluir crescentes quantidades de CdSe comparada a HgSe de modo que a abertura de banda aumenta a partir de aproximadamente 0,19eV a aproximadamente 0,35eV a Cdo.25Hgo.75Se (linha pontilhada 897 na figura 8 que corresponde ao ponto 397 na figura 3). O referido crescimento continua com um maior teor de CdSe para Cdo.3Hgo.7Se (linha pontilhada 896 na figura 8 que corresponde ao ponto 396 na figura 3) dotado da abertura de banda de aproximadamente 0,44eV. O referido crescimento continua adicionalmente com um maior teor de CdSe para Cdo.5Hgo.5Se (linha pontilhada 895 na figura 8 que corresponde ao ponto 395 na figura 3) dotado da abertura de banda de aproximadamente 0,8eV. O referido crescimento continua adicionalmente com um maior teor de CdSe para Cdo.9Hgo.1Se (linha pontilhada 894 na figura 8 que corresponde ao ponto 394 na figura 3) dotado da abertura de banda de aproximadamente 1,52eV. O referido crescimento continua adicionalmente com um maior teor de CdSe para aproximadamente CdSe puro (do 222 na figura 3) dotado da abertura de banda de aproximadamente 1,7eV.
[077] A especificação anterior da presente invenção foi descrita com referência ao específico exemplo de modalidades; entretanto, será observado que várias modificações e mudanças podem ser produzidas sem se desviar a partir do âmbito da presente invenção como determinado nas reivindicações abaixo. A especificação e as figuras têm que ser observadas de modo ilustrativo, em vez de modo restritivo, e uma e todas as referidas modificações pretendem estar incluídas dentro do âmbito da presente invenção. Assim sendo, o âmbito da presente invenção deve ser determinado pelas reivindicações aqui em anexo e suas equivalentes legais em vez de por meramente pelos exemplos descritos acima. Por exemplo, as etapas recitadas em qualquer método ou reivindicações de processo podem ser executadas em qualquer ordem e não são limitadas à ordem específica apresentada nas reivindicações. Adicionalmente, os componentes e/ou os elementos recitados em qualquer reivindicação de aparelho podem ser montados ou de outro modo configurados de modo operacional em uma variedade de permutações para produzir substancialmente o mesmo resultado que a presente invenção e assim sendo não são limitados à configuração específica citado nas reivindicações.
[078] Os benefícios, outras vantagens e soluções para os problemas foram descritos acima com relação às modalidades particulares; entretanto, qualquer benefício, vantagem, solução para os problemas ou qualquer elemento que pode causar qualquer benefício particular, vantagem ou solução para ocorrer ou se tornar mais pronunciado não devem ser construídos como fundamentais, características ou componentes necessários ou essenciais de qualquer uma ou de todas as reivindicações.
[079] Como usados aqui, os termos "compreende", "que compreende", ou qualquer variação dos mesmos, são pretendidos para serem uma referência a uma inclusão não exclusiva, de modo que um processo, método, artigo, composição ou aparelho que compreende uma lista de elementos não inclui somente os elementos recitados, mas pode também incluir outros elementos não expressamente listados ou inerentes ao referido processo, método, artigo, composição ou aparelho. Outras combinações e/ou modificações das estruturas, arranjos, aplicações, proporções, elementos, materiais ou componentes acima descritos usados na prática da presente invenção, além dos não especificamente recitados, podem ser variadas ou de outro modo particularmente adaptadas por aqueles versados na técnica aos ambientes específicos, especificações de fabricação, parâmetros de desenho ou outras necessidades operacionais sem se desviar a partir dos princípios gerais da mesma.

Claims (29)

1. Dispositivo fotônico magneticamente polarizado (100) que compreende: um substrato (102) tendo uma primeira superfície (105) e uma segunda superfície (104) oposta a primeira superfície, em que a primeira superfície (105) e a segunda superfície (104) são paralelas a um plano x-y em um sistema de coordenadas tridimensional; uma camada de aniquilação (106) disposta sobre a segunda superfície do substrato, a camada de aniquilação compreendendo uma camada de material configurada para coletar e recombinar elétrons livres (414) e orifícios livres (424), a camada de aniquilação tendo uma primeira espessura sendo definida por uma primeira e uma segunda paredes laterais (110 e 114), em que a primeira e a segunda paredes laterais são ortogonais à segunda superfície do substrato; uma camada de abertura de banda graduada (142) disposta sobre a camada de aniquilação paralela ao substrato, a camada de abertura de banda graduada tendo uma graduação se estendendo em uma primeira direção paralela a um eixo z e uma segunda espessura sendo definida por uma terceira e uma quarta paredes laterais (150 e 146), em que a terceira e a quarta paredes laterais são ortogonais à segunda superfície do substrato; um primeiro e segundo contatos (116 e 128) CARACTERIZADO pelo fato de que: o primeiro contato (116) sendo diretamente e eletricamente acoplado a pelo menos uma porção da primeira parede lateral da camada de aniquilação e da terceira parede lateral da camada de abertura de banda graduada; e o segundo contato (128) sendo diretamente e eletricamente acoplado a pelo menos uma porção da segunda parede lateral da camada de aniquilação e da quarta parede lateral da camada de abertura de banda graduada; em que elétrons livres e orifícios livres que são gerados quando uma pluralidade de fótons atingem a camada de abertura de banda graduada e ambos fluem na direção da graduação em direção à camada de aniquilação, em que quando um campo magnético (159) com linhas de campo (157, 158, 160, 161 e 162) se estendendo em uma terceira direção paralela a um eixo x e ortogonal à direção de graduação na camada de abertura de banda graduada é aplicado à camada de aniquilação e à camada de abertura de banda graduada, a corrente flui entre o primeiro e segundo contatos na segunda direção paralela ao eixo y e ortogonal às linhas do campo magnético e a direção de graduação na camada de abertura de banda graduada.
2. Dispositivo fotônico magneticamente polarizado, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: a camada de aniquilação (106) tendo uma terceira superfície (108), uma quarta superfície (112) oposta a terceira superfície, uma quinta superfície (109), uma sexta superfície (110) que compreende a primeira parede lateral, uma sétima superfície (111) oposta a quinta superfície, e uma oitava superfície (114) que compreende a segunda parede lateral oposta a sexta superfície, em que a terceira e quarta superfícies da camada de aniquilação são paralelas ao plano x-y, e em que a quinta e a sétima superfícies da camada de aniquilação são paralelas a um plano x- z, o plano x-z sendo ortogonal ao plano x-y, e em que a sexta e a oitava superfícies da camada de aniquilação são paralelas a um plano y-z, o plano y-z sendo ortogonal aos planos x-y e x-z, e em que a quinta, a sexta, a sétima e a oitava superfícies são perpendiculares à terceira e à quarta superfícies e posicionadas entre as mesmas, e em que a quinta e a sétima superfícies são perpendiculares à sexta e à oitava superfícies, e em que a quarta superfície da camada de aniquilação é disposta na primeira superfície do substrato, em que a espessura se estende em uma primeira direção paralela a um eixo z; a camada de abertura de banda graduada (142) tendo uma nona superfície (148), uma décima superfície (144) oposta a nona superfície, uma décima primeira superfície (147), uma décima segunda superfície (150) que compreende a terceira parede lateral, uma décima terceira superfície (145) oposta a décima primeira superfície, e uma décima quarta superfície (146) que compreende a quarta parede lateral oposta a décima segunda superfície, em que a nona e a décima superfícies da camada de abertura de banda graduada são paralelas a um plano x-y e em que a décima primeira e a décima terceira superfícies são paralelas ao plano x-z, e em que a décima segunda e a décima quarta superfícies são paralelas ao plano y-z, e em que a décima primeira, a décima segunda, a décima terceira e a décima quarta superfícies são perpendiculares à nona e à décima superfícies e posicionadas entre as mesmas, e em que a décima primeira e a décima terceira superfícies são perpendiculares à décima segunda e à décima quarta superfícies e posicionadas entre as mesmas, e em que a décima superfície da camada de abertura de banda graduada é disposta na terceira superfície da camada de aniquilação empilhando desse modo a camada de abertura de banda graduada e a camada de aniquilação na primeira direção paralela ao eixo z, em que a segunda espessura e a graduação se estendem em uma primeira direção paralela a um eixo z; um primeiro contato (116) tendo uma terceira espessura com uma direção da espessura que se estende em uma segunda direção paralela a um eixo y, e tendo uma décima quinta superfície (120) e uma décima sexta superfície (122) ortogonais à direção da espessura, a décima quinta e a décima sexta superfícies são paralelas ao plano x-z; um segundo contato (128) tendo uma quarta espessura com uma direção da espessura que se estende na segunda direção paralela ao eixo y, e tendo uma décima sétima superfície (134) e uma décima oitava superfície (132) ortogonais à direção da espessura, a décima sétima e a décima oitava superfícies são paralelas ao plano x-z.
3. Dispositivo fotônico magneticamente polarizado, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o substrato é produzido de um material semicondutor.
4. Dispositivo fotônico magneticamente polarizado, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o substrato é produzido de um material isolante.
5. Dispositivo fotônico magneticamente polarizado, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a camada de aniquilação que consiste em um ou mais de é produzida de um grupo que compreende: Mercúrio Cádmio Telureto (HgCdTe), Mercúrio Cádmio Seleneto (HgCdSe), Mercúrio Telureto (HgTe), Antimoneto de Índio (InSb), Telureto de Cádmio (CdTe), Seleneto de Mercúrio (HgSe), Arseneto de Índio (InAs), Alumínio Gálio Antimoneto (AIGaSb), Índio Arseneto Antimoneto (InAsSb), Mercúrio Cádmio Seleneto (HgCdSe), Cádmio Zinco Seleneto Telureto (CdZnSeTe) e Cádmio Manganês Telureto (CdMnTe), Zinco Gálio Antimoneto Telureto (ZnGaSbTe), Zinco Alumínio Antimoneto Telureto (ZnAISbTe), Antimoneto de Gálio (GaSb), Telureto de Zinco (ZnTe), Antimoneto de Alumínio (AlSb), ou Telureto de Manganês (MnTe), Arseneto de Gálio (GaAs) e combinações e misturas dos mesmos.
6. Dispositivo fotônico magneticamente polarizado, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a camada de abertura de banda graduada que consiste em um ou mais de é produzida de um grupo que compreende: Mercúrio Cádmio Telureto (HgCdTe), Mercúrio Cádmio Seleneto (HgCdSe), Mercúrio Telureto (HgTe), Antimoneto de Índio (InSb), Telureto de Cádmio (CdTe), Seleneto de Mercúrio (HgSe), Arseneto de Índio (InAs), Alumínio Gálio Antimoneto (AIGaSb), Índio Arseneto Antimoneto (InAsSb), Mercúrio Cádmio Seleneto (HgCdSe), Cádmio Zinco Seleneto Telureto (CdZnSeTe) e Cádmio Manganês Telureto (CdMnTe), Zinco Gálio Antimoneto Telureto (ZnGaSbTe), Zinco Alumínio Antimoneto Telureto (ZnAISbTe), Antimoneto de Gálio (GaSb), Telureto de Zinco (ZnTe), Antimoneto de Alumínio (AlSb),ou Telureto de Manganês (MnTe), Arseneto de Gálio (GaAs) e combinações e misturas dos mesmos.
7. Dispositivo fotônico magneticamente polarizado, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a camada de aniquilação tem valores de abertura de banda que variam de 8,0 eV a 0,0 eV.
8. Dispositivo fotônico magneticamente polarizado, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a camada de abertura de banda graduada tem valores de abertura de banda que variam de 8,0 eV a 0,0 eV.
9. Dispositivo fotônico magneticamente polarizado, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a camada de aniquilação é produzida tendo uma abertura de banda graduada.
10. Dispositivo fotônico magneticamente polarizado, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a camada de aniquilação inclui defeitos.
11. Dispositivo fotônico magneticamente polarizado, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que inclui ainda defeitos.
12. Dispositivo fotônico magneticamente polarizado, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que inclui ainda uma camada (190) disposta sobre a camada de abertura de banda graduada.
13. Dispositivo fotônico magneticamente polarizado, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que a camada disposta sobre a camada de abertura de banda graduada é um filtro de comprimentos de onda de luz.
14. Dispositivo fotônico magneticamente polarizado, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que a camada disposta sobre a camada de abertura de banda graduada é um revestimento de proteção.
15. Dispositivo fotônico magneticamente polarizado, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que a camada disposta sobre a camada de abertura de banda graduada é uma lente.
16. Dispositivo fotônico magneticamente polarizado, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a décima sexta superfície do primeiro contato é eletricamente acoplada à quinta superfície da camada de abertura de banda graduada.
17. Dispositivo fotônico magneticamente polarizado, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que a décima sexta superfície do primeiro contato é disposta sobre a quinta superfície da camada de abertura de banda graduada.
18. Dispositivo fotônico magneticamente polarizado, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a décima sétima superfície do segundo contato é eletricamente acoplada à sétima superfície da camada de abertura de banda graduada.
19. Dispositivo fotônico magneticamente polarizado, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato de que a décima sétima superfície do segundo contato é disposta sobre a sétima superfície da camada de abertura de banda graduada.
20. Dispositivo fotônico magneticamente polarizado, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que a camada de abertura de banda graduada é produzida tendo uma primeira porção e uma segunda porção, a primeira porção arranjada com o maior valor de abertura de banda é disposta em torno da nona superfície com uma redução gradual dos valores de abertura de banda para a segunda porção, a segunda porção arranjada com o menor valor de abertura de banda na décima superfície da camada de abertura de banda graduada com uma redução dos valores de abertura de banda da primeira poção, em que a porcentagem de redução nos valores de abertura de banda é maior na segunda porção do que na primeira porção.
21. Dispositivo fotônico magneticamente polarizado, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a camada de abertura de banda graduada inclui uma espessura, a espessura variando de 0,1 mícron a 50,0 mícron.
22. Dispositivo fotônico magneticamente polarizado, de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADO pelo fato de que a espessura da camada de abertura de banda graduada tem uma espessura de 5,0 mícron a 30,0 mícron.
23. Dispositivo fotônico magneticamente polarizado, de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADO pelo fato de que a espessura da camada de abertura da banda graduada tem uma espessura de 10,0 mícron a 20,0 mícron.
24. Dispositivo fotônico magneticamente polarizado, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda: um campo magnético tendo uma pluralidade de linhas do campo magnético, em que pelo menos uma linha do campo magnético entra por uma décima segunda superfície da camada de abertura de banda graduada.
25. Dispositivo fotônico magneticamente polarizado, de acordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma linha do campo magnético sai pela décima quarta superfície da camada de abertura de banda graduada.
26. Dispositivo fotônico magneticamente polarizado, de acordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma linha do campo magnético entra pela sexta superfície da camada de aniquilação.
27. Dispositivo fotônico magneticamente polarizado, de acordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma linha do campo magnético sai pela oitava superfície da camada de aniquilação.
28. Dispositivo fotônico magneticamente polarizado, de acordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADO pelo fato de que o campo magnético varia de 0,1 Tesla a 50,0 Tesla.
29. Dispositivo fotônico magneticamente polarizado, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato de que o campo magnético varia de 0,5 Tesla a 10,0 Tesla.
BR112015014071-8A 2012-12-13 2013-12-13 Dispositivo fotônico magneticamente polarizado BR112015014071B1 (pt)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261737073P 2012-12-13 2012-12-13
US61/737,073 2012-12-13
PCT/US2013/075003 WO2014093816A2 (en) 2012-12-13 2013-12-13 Magnetically polarized photonic device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
BR112015014071A2 BR112015014071A2 (pt) 2017-07-11
BR112015014071B1 true BR112015014071B1 (pt) 2022-05-31

Family

ID=50929532

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BR112015014071-8A BR112015014071B1 (pt) 2012-12-13 2013-12-13 Dispositivo fotônico magneticamente polarizado

Country Status (13)

Country Link
US (1) US10665745B2 (pt)
EP (1) EP2932533A4 (pt)
JP (2) JP6556056B2 (pt)
KR (1) KR102341969B1 (pt)
CN (1) CN105144393B (pt)
AU (2) AU2013359049A1 (pt)
BR (1) BR112015014071B1 (pt)
CA (1) CA2894882C (pt)
EA (1) EA201591120A1 (pt)
HK (1) HK1218590A1 (pt)
IL (1) IL239378A0 (pt)
MX (1) MX356512B (pt)
WO (1) WO2014093816A2 (pt)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11670726B2 (en) 2014-02-18 2023-06-06 Robert E. Sandstrom Method for improving photovoltaic cell efficiency
US9520507B2 (en) 2014-12-22 2016-12-13 Sunpower Corporation Solar cells with improved lifetime, passivation and/or efficiency
CN104810424A (zh) * 2015-04-17 2015-07-29 四川大学 具有CdxTe插入层的CdTe薄膜太阳电池
WO2019126463A1 (en) * 2017-12-22 2019-06-27 First Solar, Inc. Absorber layers with mercury for photovoltaic devices and methods for forming the same

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE618264A (pt) 1959-06-18
US3496024A (en) * 1961-10-09 1970-02-17 Monsanto Co Photovoltaic cell with a graded energy gap
JPS5568772A (en) 1978-11-20 1980-05-23 Sony Corp Television picture receiver
US4547621A (en) 1984-06-25 1985-10-15 Sovonics Solar Systems Stable photovoltaic devices and method of producing same
US5051804A (en) 1989-12-01 1991-09-24 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Photodetector having high speed and sensitivity
NZ519183A (en) 1999-12-03 2005-02-25 Ono Pharmaceutical Co Triazaspiro[5.5]undecane derivatives and pharmaceutical compositions comprising thereof, as an active ingredient
TWI270242B (en) 2004-11-05 2007-01-01 Ind Tech Res Inst Magnetic field enhanced photovoltaic devices
WO2008010814A2 (en) * 2005-08-05 2008-01-24 Kahrl Retti Multiple layer solar energy harvesting composition and method
US20080245409A1 (en) * 2006-12-27 2008-10-09 Emcore Corporation Inverted Metamorphic Solar Cell Mounted on Flexible Film
ES2363813T3 (es) * 2007-05-28 2011-08-17 Consiglio Nazionale Delle Ricerche Dispositivo fotovoltaico con recopilación incrementada de luz.
KR20090010485A (ko) * 2007-07-23 2009-01-30 엘지전자 주식회사 자계를 이용한 태양전지 및 그 제조 방법
US8338218B2 (en) * 2008-06-26 2012-12-25 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Photoelectric conversion device module and manufacturing method of the photoelectric conversion device module
US8916769B2 (en) * 2008-10-01 2014-12-23 International Business Machines Corporation Tandem nanofilm interconnected semiconductor wafer solar cells
US20100096003A1 (en) * 2008-10-21 2010-04-22 Dale James Hobbie Article of manufacture for a magnetically induced photovoltaic solar cell device and the process for creating the magnetic and/or electromagnetic field
CA2769318A1 (en) * 2009-07-29 2011-02-03 Cyrium Technologies Incorporated Solar cell and method of fabrication thereof
CN101621084B (zh) * 2009-08-03 2011-02-16 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 基于n型硅片的黄铜矿类半导体薄膜异质结太阳电池
US8852994B2 (en) * 2010-05-24 2014-10-07 Masimo Semiconductor, Inc. Method of fabricating bifacial tandem solar cells
KR20140035991A (ko) * 2011-06-09 2014-03-24 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 다층 전극 및 기초층이 있는 터치 감지 장치를 만드는 방법
JP6113673B2 (ja) 2014-02-06 2017-04-12 株式会社オーエム製作所 工作機械

Also Published As

Publication number Publication date
MX356512B (es) 2018-05-30
KR102341969B1 (ko) 2021-12-24
HK1218590A1 (zh) 2017-02-24
AU2013359049A1 (en) 2015-07-30
CN105144393B (zh) 2018-06-29
CA2894882A1 (en) 2014-06-19
EP2932533A2 (en) 2015-10-21
CA2894882C (en) 2021-02-09
US20140166086A1 (en) 2014-06-19
IL239378A0 (en) 2015-07-30
EA201591120A1 (ru) 2015-11-30
JP2016501450A (ja) 2016-01-18
KR20150097616A (ko) 2015-08-26
MX2015007587A (es) 2016-04-13
JP6556056B2 (ja) 2019-08-07
WO2014093816A2 (en) 2014-06-19
WO2014093816A3 (en) 2014-09-12
CN105144393A (zh) 2015-12-09
AU2017268617A1 (en) 2017-12-21
US10665745B2 (en) 2020-05-26
JP2019110324A (ja) 2019-07-04
EP2932533A4 (en) 2016-08-10
BR112015014071A2 (pt) 2017-07-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20080251116A1 (en) Artificial Amorphous Semiconductors and Applications to Solar Cells
US20100037937A1 (en) Photovoltaic cell with patterned contacts
JP2019110324A (ja) 磁気分極光子素子
Kirchartz et al. Introduction to Thin‐Film Photovoltaics
US20120048329A1 (en) Charge-coupled photovoltaic devices
JP2016501450A5 (pt)
Li et al. Bi2Te3/Sb2Te3 thermophotovoltaic cells for low temperature infrared radiation
Caselli et al. Monolithically-integrated laterally-arrayed multiple bandgap solar cells for spectrum-splitting photovoltaic systems
US20130240010A1 (en) Solar cell and manufacturing method thereof
Karazhanov et al. The effect of excitons on CdTe solar cells
US9379261B2 (en) Ultra thin film nanostructured solar cell
Tao et al. Physics of solar cells
Rolland et al. Computational design of high performance hybrid perovskite on silicon 2-T tandem solar cells based on a tunnel junction
Salmani et al. Band gap engineering of (InGaN) for photovoltaic application
Khatiwada Fabrication and optimization of single-junction GaAs thin film solar cells on epi-ready flexible metal tapes for low-cost photovoltaics
Amiri et al. Solar Energy-Based Semiconductors: Working Functions and Mechanisms
Selvamanickam et al. Thin Film GaAs Devices on Epi-Ready Metal Substrates for Flexible Photovoltaics and Flexible Electronics
Amarasinghe Improving Hole Densities and Minority Carrier Lifetimes of Cadmium Telluride Solar Cells
Kamal et al. Effects of interfacial defects of the p-CuO/n-TiO2 on the CuO/CdS/TiO2 solar cell performance
Fihlman Performance of silver contacts in III-V solar cells
Noorzad A cost-effective liquid phase epitaxy process for high-efficiency AlGaAs/GaAs solar cells
Aissat et al. Effect of manganese concentration in the Cd1-xMnxTe/CdTe tandem structure on photovoltaic energy conversion
Tumpa et al. Analyze the effect of window layer (AlAs) for increasing the efficiency of GaAs based solar cell
Caselli Design and Fabrication of Monolithically-Integrated Laterally-Arrayed Multiple Band Gap Solar Cells using Composition-Graded Alloy Nanowires for Spectrum-Splitting Photovoltaic Systems
Downs Incorporating Tl-based Materials into High Efficiency Multijunction Photovoltaics

Legal Events

Date Code Title Description
B06F Objections, documents and/or translations needed after an examination request according [chapter 6.6 patent gazette]
B25A Requested transfer of rights approved

Owner name: TAE TECHNOLOGIES, INC. (US)

B06U Preliminary requirement: requests with searches performed by other patent offices: procedure suspended [chapter 6.21 patent gazette]
B07A Application suspended after technical examination (opinion) [chapter 7.1 patent gazette]
B06A Patent application procedure suspended [chapter 6.1 patent gazette]
B09A Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette]
B16A Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette]

Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 13/12/2013, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS