CN101645467B - 光电转换元件 - Google Patents
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Abstract
一种光电转换元件，其包含依序堆叠的一太阳能外延层、一结合层与一发光二极管外延层，其中该结合层设有可让光线通过的多个孔洞，据而让该太阳能外延层可吸收环境光线而产生电能，并可通过一外部二次电池加以储存，以在没有环境光线的时候，通过该外部二次电池供给电能驱动该发光二极管外延层产生光线，据此其设置于户外时，不需考虑电源供应的问题，而可作为广告牌、交通号志、警示灯等使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种光电转换结构，尤指一种兼具电转成光与光转成电的转换结构。
背景技术
目前各项绿色能源的发展中，太阳能相关应用是较为成熟的领域之一，转换光能大多是利用所谓的太阳能电池来将光能直接转换为电能。例如，电子计算器上的太阳能电池板、住家屋顶上的太阳能板等，皆是利用太阳能电池将光能直接转换为电能储存应用。自60年代开始，美国发射的人造卫星就已经利用太阳能电池做为能量的来源。到了70年代能源危机时，人们开始把太阳能电池的应用转移到一般的民生用途上。
目前太阳能电池的设计主要依据三种效应：(1)光电效应(photoelectric effect)，光子射至金属表面，金属内的电子吸收足够的光子能量，离开金属，成为真空中的自由电子，并且可外加电压形成光电流(photocurrent)；(2)Dember效应(或称为photodiffusion效应)，为利用光照射到半导体表面，光子被吸收产生电子-空穴对，进而产生光电流；以及(3)光伏特效应(photovoltaic effect)，光子射到半导体p-n二极管后，p-n二极管两端的电极产生可输出功率的电压伏特值。目前的太阳能电池多是依据光伏特效应来进行设计。
应该注意的是，目前的太阳能电池技术的发展主要仍在于提高太阳能电池本身的效率，使的在照明或显示的应用上，太阳能电池与发光元件分开设置，如设置于户外且利用太阳能作为电力来源的交通号志、广告看板、警示灯号等，其必须设置一吸收光转为电能的太阳能电池、一储存电能的二次电池、一发出光线的照明设备与供上述元件安装的印刷电路板，因而其成本高昂且形成空间浪费与制造上的浪费，多元件的后果就是加重环境负担，不符合绿色能源的应用目标。
发明内容
于是，本发明的目的在于提供一种光电转换元件，从而光电转换元件能将光能转换为电能，也能通过电能使元件产生光能，因此可以通过单一元件将光能转换为电能储存，也能通过电能转换光能而发光，其可降低成本并减少资源的消费而增加环保价值。
经由以上可知，为达上述目的，本发明为一种光电转换元件，其包括一太阳能外延层、一结合层与一发光二极管外延层，其中该太阳能外延层包含上下堆叠在一起的一N型半导体层与一P型半导体层，而该结合层堆叠在该太阳能外延层上，且该结合层设有贯穿该结合层而可让光线通过该结合层的多个孔洞，而且该发光二极管外延层堆叠在该结合层上，该发光二极管外延层包括一电子供应层、一空穴供应层以及一活化层。
据此可通过该太阳能外延层接收由该多个孔洞进入的光线而产生电能，并可通过该发光二极管外延层将电能转换为光能，其通过单一元件而可作为发光二极管与太阳能电池使用，因而本发明的优点在于可减少元件的使用而节省成本，并节省空间，减轻环境负担，符合绿色能源的应用目标。
附图说明
图1为本发明的结构图。
图2为本发明结合层详细结构图。
图3为本发明的实施例结构图。
具体实施方式
有关本发明的详细内容及技术说明，现以实施例来作进一步说明，但应了解的是，这些实施例仅为例示说明之用，而不应被解释为本发明实施的限制。
请参阅图1所示，本发明包括一太阳能外延层10、一结合层20与一发光二极管外延层30，其中该太阳能外延层10包含上下堆叠在一起的一N型半导体层11与一P型半导体层12，而该结合层20堆叠在该太阳能外延层10上，且该结合层20设有贯穿该结合层20而可让光线通过该结合层20的多个孔洞201，而且该发光二极管外延层30堆叠在该结合层20上，该发光二极管外延层30包括一电子供应层31、一空穴供应层33以及一活化层32。
该发光二极管外延层30至少包括一电子供应层31(electron supply layer)、一空穴供应层33(hole supply layer)以及一活化层32(active layer)。发光二极管外延层30是通过有机金属气相沉积外延方法(MOVCD)、液相外延方法(LPE)或分子束外延方法(MBE)等其中之一方法而制成。其中该活化层32可以是由包含一氮化铝铟镓(AlInGaN)的周期结构形成的多层量子阱(Multiple quantum well，MQW)结构做为发光区，而该电子供应层31(electron supply layer)由N型氮化镓(n-type GaN)材料制成，该空穴供应层33由P型氮化镓(p-type GaN)材料制成。
该太阳能外延层10的PN结构，其可以先准备一N型半导体基板，再通过掺杂于N型半导体基板的表面上形成P型半导体，以形成该N型半导体层11与该P型半导体层12，或者其也可以先准备一P型半导体基板，再通过掺杂形成N型半导体，而其材料可以为半导体常用的基材，如硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)等。
请再参阅图2所示，其中该结合层20依序堆叠一氧化铟锡层21、一银层22、一钛层23、一铂层24、一金层25、一铟层26、一金层27与一钛层28，其中该氧化铟锡层21与该发光二极管外延层30接触，该钛层28与该太阳能外延层10接触。该结合层20主要于该太阳能外延层10上依序形成银层22、钛层23、铂层24、金层25、铟层26，以及于该发光二极管外延层30上形成钛层28与金层27，再通过铟层26与金层27来黏结该太阳能外延层10与该发光二极管外延层30，其提供良好结合与传导电性。而且贯穿该结合层20的多个孔洞201供光线通过，因而其可以是空的(empty)或者由透明材质所制成。
请再参阅图3所示，本发明可以于该发光二极管外延层30的上方，形成一欧姆接触层40，并于该氧化铟锡层21与该发光二极管外延层30之间形成一金铍合金垫202，其可以增加电传导率。此外该发光二极管外延层30的上方于该欧姆接触层40之外可以形成一保护层50，以便保护该发光二极管外延层30，并该发光二极管外延层30于接触该保护层50的区域可以为粗化表面，以减少反射而增加出光效率。
本发明的结构各层其可以用金属有机化学气相沉积MOCVD作成，本发明的优选实施例，如下所列，保护层50为二氧化硅，发光二极管外延层30为AlGaInP(n type；2μm)-AlInP(n type；0.5μm)-MQW(20～25 pairs)-AlInP(p type；0.8μm)-GaP(p type；8～10μm)的多层结构，该结合层20为氧化铟锡、银、钛、铂、金、铟、金与钛的多层结构，其结合温度为220℃，该太阳能外延层10为硅制成的P型半导体基板并掺杂于表面形成N型半导体。据此其可通过该发光二极管外延层30发光同时通过该太阳能外延层10发电，且其发电效率η达到4％。
如上所述，本发明可将电转换为光，且可将光转换为电，其可作为发光二极管与太阳能电池使用，可应用在设置于户外且利用太阳能作为电力来源的交通号志、广告看板、警示灯号等，因而本发明的优点在于不需设置传统的发光二极管与太阳能电池而可减少元件的使用并节省成本，其不但节省空间，减轻环境负担，更可符合绿色能源的应用目标。
惟上述仅为本发明的优选实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围。即凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆为本发明专利范围所涵盖。
Claims (8)
1.一种光电转换元件，其特征在于，包括：
一太阳能外延层(10)，所述太阳能外延层(10)包含上下堆叠在一起的一N型半导体层(11)与一P型半导体层(12)；
一结合层(20)，所述结合层(20)堆叠在所述太阳能外延层(10)上，且所述结合层(20)设有贯穿所述结合层(20)而可让光线通过所述结合层(20)的多个孔洞(201)；以及
一发光二极管外延层(30)，所述发光二极管外延层(30)堆叠在所述结合层(20)上，所述发光二极管外延层(30)包括一电子供应层(31)、一空穴供应层(33)以及一活化层(32)。
2.根据权利要求1所述的光电转换元件，其特征在于，所述结合层(20)依序堆叠一氧化铟锡层(21)、一银层(22)、一钛层(23)、一铂层(24)、一金层(25)、一铟层(26)、一金层(27)与一钛层(28)，其中所述氧化铟锡层(21)与所述发光二极管外延层(30)接触，所述钛层(28)与所述太阳能外延层(10)接触。
3.根据权利要求1所述的光电转换元件，其特征在于，所述活化层(32)包含一氮化铝铟镓的周期结构形成的多层量子阱，而所述电子供应层(31)由N型氮化镓材料制成，所述空穴供应层(33)由P型氮化镓材料制成。
4.根据权利要求1所述的光电转换元件，其特征在于，所述太阳能外延层(10)通过掺杂于N型半导体基板的表面上形成P型半导体，以形成所述N型半导体层(11)与所述P型半导体层(12)。
5.根据权利要求1所述的光电转换元件，其特征在于，所述多个孔洞(201)由透明材质制成。
6.根据权利要求1所述的光电转换元件，其特征在于，所述发光二极管外延层(30)的上方形成一欧姆接触层(40)，而所述氧化铟锡层(21)与所述发光二极管外延层(30)之间形成一金铍合金垫(202)。
7.根据权利要求6所述的光电转换元件，其特征在于，所述发光二极管外延层(30)的上方于所述欧姆接触层(40)之外形成一保护层(50)。
8.根据权利要求7所述的光电转换元件，其特征在于，所述发光二极管外延层(30)于接触所述保护层(50)的区域为粗化表面。
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