CN105518874A - 用于最优光电转换的整个太阳光谱倍增转换平台单元 - Google Patents

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Abstract

本发明设计一种高产量多级光电倍增平台单元，其前面上设置一个具有上电极层(5)的保护抗反射涂层或层(1)，其特征在于其包括：由UV辐射光到光下转换器(2)到可见光辐射域内特定子带构成的光电-光子平台，一个包含电子钝化层(4)和分光装置的收割绕射级器件(3)以及一个或多个自带光分成收窄的子带光浓缩转换器，IR辐射上转换专用光转换器，转换倍增平台由若干对每个窄带和浓缩子带光电倍增转换器优化后构成。顶部的数字光学光管理层收集，过滤，分光并且将太阳光集中到子带内，并且将它们以低能量倍增容量投射到专用光电转换器上，优选为全硅转换器。UV波长被吸收并且在平台顶部纳米层内被向下转换。太阳光的其他光谱分量通过该顶部纳米层被传送，引导到专用面板区并且聚焦到经过调整的转换器上。

Description

用于最优光电转换的整个太阳光谱倍增转换平台单元
2.指导新颖性原理的定义
本发明的知道原理在于通过同时将光，电和光电改进集成在一起，对载波低能量次级发生和倍增的位移可能性最优使用。实际上对应于太阳能光谱光电转换总体，完整和特别有效的处理。由围绕两个耦合步骤开发的多层转换器架构所引入的大范围的改进，该优化的效率变得真实可信。它们中第一个涉及复杂光管理，而第二个专用于特定光电转换。采用这个方式，传统半导体设备固有的量子刚度被避免。
通过基于若干所实现的补充功能的转换和倍增平台使改进生效，这些功能允许智能处理入射光谱，包括：光收割，光到光的转换，光分裂，引导，光浓缩，聚焦以及光电转换，低能量自由载流子发生和倍增：i)直接，ii)穿过电子浴，调制的电子传输：i)电场模拟，ii)本地偏移，调整，转换，智能自由载流子采集。
3.术语和表达的定义
这里如下的定义在整个如下说明书中被使用。
超材料指的是一种人造材料，特别是硅的派生物，表示出了物理特性与那些相应的自然材料相比有过之，作为补充或者极大的不同，尽管会保留其原始的化学组分。更具体的，其可以是连续或者非连续层，也可以是珍珠场或者任意类似块状的颗粒场，其表现出相当高的光学吸收性，低能量次级发生/转换，自由载流子的低能量倍增，特别是电子，特定电子运输，对激励增强的敏感性和较强的光学非线性。
片段指的是次级电子发生纳米级调整，即对于有效的多阶段光电转换，具有其电子能量水平系统的经过调整的元件装置单元，光电转换利用低能量光生和额外自由载流子，优选为电子的倍增，正如被并行专利申请的方式所保护的。更具体的，其还是一种如何产生非常有用的电子能量水平组的方法，该水平可以针对太阳光谱转换为电能被优化。
片段物质为基于材料的片段，即由同性质构成的光电转换材料，基本上，分散的片段形成有序的超晶格，并且插入到特定物理环境中，通过纳米膜片划界，受到平行专利申请方式的保护。更具体的，该表述还意味着一种如何产生能够利用一组片段能量水平的物质的方法。
多层架构：强调所开发/围绕耦合段设置的设计；其中第一个涉及复杂光管理，而第二个设计特定的光电转换；每个段包括若干给定操作中包含的专用层。
耦合段：设置独立于特定任务工作的相同设备元件，但是它们之间相互作用
复杂光管理：若干对入射光线的操作允许其由于：收割，分离，受控波长变换，光电转换，引导，浓缩和聚焦引起的变换。
光电转换：或多或少的光能量复合变化为电能
低能量自由载流子发生和倍增：由于大约0.3eV硅中最优能量的次级电子发生；这里可能有两个发生事件，i)直接的，当所吸收的光子产生一个很热的电子，并且反过来产生(a)次级电子以及ii)间接地，当由自由载流子吸收辐射能量并且被传送到额外的次级电子的时候，由于采用片段产生碰撞，跨越电子浴
数字绕射阵列：经过调制的数字微结构(同样是子波长)从而采用光学/光子方式处理入射光波
光管理光电-光子平台：多功能光学和光子设备，建成一个适于处理入射光谱从而使得其适用于如下光电转换器的独立台，所采用的是优化整个设备性能的方式
倍增序列：可以由给定光子能量产生的次级电子的最大数量
UV下转换为光子光到光的紫外转换
IR上转换为光子光到光的红外转换
IR：红外辐射，由于其带宽间隙不能被半导体设备转换
UV：紫外辐射，由产生排他性的一个电子孔对(热载流子)的能量光子构成，电子孔对主要(或者整体，当出现表面重组的时候)在热量中被转换。
4、本发明的目的和多个方面
当今所有的光电转换器对太阳光谱转换的过程都是失调的。这更应该被成为光热转换器，因为仅仅有相对较小部分的热射太阳光能被重新恢复为电能。
在这一背景下，当前革新的主要贡献在于通过克服半导体转换器固有的能量失调使用整个太阳光谱。单个硬件光子物质相互作用的合成物理法则，“全或无”的规则，可以通过在所谓的软转换过程中幅值耦合现象来补充，软转换过程基于大量在转换过程中转换的补充效应。
当将转换审视为一个过程，有可能引入多面串联入射光子和所收集电子的吸收之间单独的相互作用。该方法相当大程度上增加了全球转换效率最优化的可能性。在三个相关水平上启动多重相互作用：光子-光子，光子-电子和电子-电子。
效果，设备和制造合成整个倍增转换平台单元的实施，作为一个具有不同专业化分支的工厂工作，其中若干个光处理水平接下来由至少三个电子处理水平连接，包括：片段，片段物质和自由载流子收集。
该方法允许将光管理领域做出的众多贡献与光电转换中的独立实现步骤以及子系统设计的倍增转换器和转换平台关联。例如，转换单元优化的特定方面涉及倍增转换器及其几何因子，内部构成和尺寸的优化选择和使用以及它们的最优布置。
通过在每一级和整个设备联合优化性能，多级转换处理的主意给最优实施新的能力以机会。多层处理包括两个主要极端。第一阶段通过其收割-分隔-控制-变换和转换-引导-浓缩-聚焦实现在入射光谱上光到光的操作。这些操作考虑了后续步骤的特殊性，特别是光电转换。通过提出所有下面步骤的顺序，大范围的改善变得现实。
通常，专用数字散射阵列分散入射光，并将该光束集中在光电转换器上，这样每个转换器接收较窄部分的入射光并由此在其最高效率上工作。合成的性能通过独立的光处理管理步骤叠加得以改善，特别是光子收割，光谱分量的处理和光电转换管理。顺序具体包括基于自由载流子倍增的多级PV转换周期。
光管理系统主要基于全息数字光学和光子学。光电管理系统基于光电自由载流子倍增转换器。采用这一方式，每个选定范围的太阳能光谱倍投射到优化后的转换器上，转换器以其最大的性能工作，即较窄的光谱范围适用于专用的无机，优选为全硅转换器。合成的转换周期表现为可视为相同的多个功能。
第二阶段允许由于光子-电子和电子-电子操作带来的若干改进，这些操作由变化的光谱光通过低能载流子发生和倍增，调制电子传输和智能采集感应。
光电自由载流子倍增转换器基于所谓的片段物质的超材料，其被赋予大量的所谓片段的发生中心。这些片段物质允许本地调制电子传输，从而次级电子被瞬时抽空进入前面的电极中，并且快速被转换器下层的电子替代。
转换平台整体补偿由于反射，吸收和传送带来的不可避免的损失，这是由光管理引起的。整体增益平衡由于使用UV和IR连同低能量电子倍增而非常正向。取回的光谱分量，即太阳能光谱的光谱带，产生比恢复的入射光子数量更多的电子。使用传统解决方案该操作是不可能的。
5、背景技术
最近并且非常不期望的是已经出现了对硅光电子学和光子学重拾兴趣。所提出的改进设计光管理，所采用的方式是半导体转换器可以在其最佳性能处工作。该转换器的基本问题来自于其由无机材料构建，与太阳能光谱的量子不匹配，即它们最佳转换效率所在波长远离太阳光谱最密集和最有能量的部分。目前该问题采用单个设备或者单独一种材料还没有被成功解决。
在光转换中需要考虑三种光子行为模式：反射，传输和吸收。吸收允许将光子流转换成带宽缝隙附近的电子流并且在带宽缝隙之上同时转换为电子和光子。
许多年前提出的一种合理的解决方案采用串联电池的形式。水平间隔布置和垂直对齐层状架构主要被认为是不合适的，缺少适当的光电池材料，并且有可能对于一个保守的人，光子等于一个接近基本转换现象的电子孔对。
另一个问题涉及发射源的持久移动，即，太阳在天空的移动。该问题已经通过使用CPV系统追踪太阳得以解决。尽管这些活动的追踪系统可以极大的增加所产生的能量，但是它们由昂贵的机械设备构成，很难安装并且要求系统化维护。因此极大地增加了额外的发电成本。
另一个问题在于太阳光辐射被多云天空以及分散在空气中的悬浮微粒的多向散射，这在很高的纬度不一定会出现。到达转换器的漫反射的太阳光辐射此后在最有工作范围阈值下被减弱。当一旦被放置并且永远放置在固定位置上的转换器收割所有到达的光子的时候，两个提到的问题可以通过所谓的正向追踪解决。该解决方案表示为一个光电-光子平台。
一个更复杂的光学处理通过光到光的转换收窄入射光谱。该光管理平台向下将不可见的UV辐射转换为可见和近红外带，并且向上将不可见红外辐射转换为相同的与如下布置的转换器最大性能相适配的频谱带宽。带有能量的光子产生两道流：具有可收集电流的电子流和丢失热量的光子流。对于光子流，其引起载流子倍增，倍增周期由额外光子能量与特定片段能量Eδ的比率特征化(Eδ的平均值为0.274eV)。
当与低能量电子倍增配对的时候光管理最有效率。因此当管理光束的时候潜在损失是不可避免的，至少部分由载流子倍增转换器补偿。该方法当载流子倍频转换器由采用全硅设备形式的硅制成的时候甚至变得更加有吸引力。全硅转换器为适配窄带光谱频带方面留下了很大的自由度。这是一个新的通过将光管理与倍增转换器耦合来优化光电转换的机会。
6、要求和解决方案
转换平台由两个主要部分构成：i)光电-光子平台用于光管理以及ii)载流子倍增转换器，确保有效的光电转换。
所适用的架构设计为产生对于所有设备的最优性能，其有别于将每个单独优化步骤的最优性能简单加和。
光电-声学平台使用特殊软件设计。其具有最大的几何尺寸。
优选由基于硅的材料实现倍增转换器，其必须适于优化的转换后太阳能光谱子带。
更具体的，架构必须允许制造最优布置从而形成一套合适的最优间隔光电转换器，其通过一个完整的载流子产生周期改进转换效率，载流子来自UV，可见光和IR光子外加热电子。
必须优化使用窄带太阳能辐射子带的载流子倍增转换器的分化和优化。两个主要的转换器架构针对UV(浅色光渗透，薄发射器，条形布置中的水平板)以及可见光(深色光渗透，厚发射器，条形布置中的垂直板)。
简要提及如下改进区域：
效果：
-多个特定效应(新的，增强的)分组，从而优化其强度。
材料：
-使用特定的硅材料，具有的特性当低能量次级电子发生时自不是固有存在的。
设备：
-独立元器件与转化平台的特殊连接，使得它们各自的性能以及它们相互之间的作用优化使用。
技术：
-允许最自由检查转换平台各个独立器件的制造工艺(LEGO模拟)。
光管理：
-先进的使用不同材料的光处理：塑料，玻璃，纳米结构，全息照相和散射。
光电转换：
-特定低能量自由载流子发生和倍增。
7、发明的技术领域
本发明的应用领域优选在使用太阳能光谱的整个光谱范围优化光电转换。
所使用的无机光电转换器由半导体制成，优选由基于硅的材料调制。
设计包括纳米级本地转换和适当的叠加光学，光子，电子和光电效应。
全硅转换器的制造利用广泛使用的硅技术。
应用领域主要在大范围的太阳能电池板领域，从而以较好的效率和输出由太阳能辐射产生电能。
8、方面和由本发明解决的问题
本发明同时设计若干方面：可以极大增加光电转换效率的物理效应，材料，设备和制造工艺。
当前光电转换是一个单一并且只有一步的过程。全或无的相互作用占有优势。主要缺点来自于太阳光的光谱分布和现有转换器的量子机械稳定性。
本发明的目的在于克服由于对太阳光谱禁止的带宽引起的任何一个半导体转换器该基本的失调，禁止带宽不可避免的会引起只有部分使用可提供的辐射能量。显得转换机制将一步吸收-产生现象变换为基本和次级载流子发生的多级周期。该多级周期由于若干活动元器件的特定布置方式变的可能，这些元器件包含在转换周期的不同阶段。在若干补充水平上做出这些改善，涉及：片段，片段材料，倍增转换器以及最终的转换平台。
平台可以在建造块的规则基础上设计，从而允许对于最优适用整个可见和不可见太阳光谱可能的变形以及建造的工业要求。
本发明解决的问题是热量和电能的错误比例，这是由目前通过并入多个特定的覆盖所涉及光学，光子和光电领域的特征和功能进行的光电转换引起的。
本发明利用硅(丰富，技术成熟并且环境友好)在纳米尺度上的转换作为目前最优的可以想象的材料。所述光电倍增转换器优选由其建成。特别重要的是“陈旧”的硅可以设置新的额外的一套适当的能量水平，这是由于含有片段的活性基底带来的。这些活性器件的纳入和分布允许有效率的平台设计，即特定多层架构。
使用在光子学，微电子和光电领域通用的机器制造新的设备。采用这种方式，考虑到转换改善/成本增加比，制造成本保持比较合理。
9、现有技术
将未聚焦的太阳能辐射转换为半导体设备中电能的有限热动力效率比较低，在最大值32％之下，因为IR范围内的半导体透明度以及仅部分利用了蓝色-UV范围内的光子能量。该效率的计算假定详细的平衡，单个阈值吸收器，以及电子和光子之间的热平衡。当未使用的电子的运动能量通过低能量(大约0.3eV)次级发生转换为自由载流子的时候，单倍太阳强度的效率增加到大于60％(包含IR转换的时候甚至更多)。
目前包含的光伏效应基于单个连接和多连接二维半导体设备。这个简单的构件使用自然材料，可选择的稍微进行改动。
PV转换效率的进步要求光子和光电子学的突破。通过增加其他新的低能量机构完成一步PV转换是当代光伏技术其中一项最重要的挑战。
10、本发明和功能的简要说明
一方面，本发明使用新的无源聚光光伏(CPV)技术，其聚集大量的太阳光到有源转换材料上，从而调整和优化总的PV效率。通常，CPV技术日渐被认为是一项最有前途的驱动太阳能量产生的技术，采用其他能量源作为化石燃料作为成本平价。另一方面，合并若干新的或改进的转换效应从而设定一个完整的转换周期。与我们的光学和电学以及电子设计相关的，该技术允许实际上耗费成本的传送太阳能量。
入射太阳光谱适当的被收窄从而接下来被投影到非常有效率的载流子倍增转换器。光管理允许将太阳光分解为光谱子带，每个朝向一个专用转换器，从而采用最可能最优性能进行光电转换。实际光谱带的选择考虑分布式转换的整体效率，其中由所有活动器件部分效率的特定组合(调制的特征)获得最终结果。
上光电-光子平台同样与至少两个光子转换器关联，用于变换可见频谱子带的紫外和红外辐射，对于载流子倍增转换器具有较好的结果。用于新的重叠效应的基质材料为块状晶体硅。
光管理平台放置在一组光电转换器之前，由于巨大的光转换被优化。热电子的热化被电子倍增替代，起源于作为激励波长函数的碰撞产生。这一概念适当的管理光学和电子的相互作用现象。此后最终的光学转换由若干后续的补充阶段以及很好控制的组件造成。
11、简短总结以及必要的作用
本发明涉及高产量的多级光到光和光到电平台单元，其使用独立于天数和季节时间的整个太阳光的可见和不可见光谱。通过优化使用载流子低能量刺激产生的独特可能性并且由光学，光子和光电改进联立积分而进行的倍增获得该结果。
围绕两个耦合阶段开发多层架构：光电-光子平台和载流子倍增平台。光电-光子平台进行数字光学光管理，允许太阳的有源追踪以采集，滤波，分隔和将太阳光聚集在多个子带内，并且将它们投射到包含专用光电转换器，优选为全硅转换器的载流子倍增平台上。通过两个平台的相互优化增强总的转换效率，其考虑了低能量倍增容量和优化的频谱子带。
UV和IR波场被转换为可见光和近红外光，并且被投射在载流子倍增平台上，采用相同的方式被转换为太阳光的不同子带。
实际上这对应着太阳光谱光电转换的全部，复合以及特别有效的处理。优化的效率由于大范围合并的改进变得真实。
更具体的，本发明为倍增光电转换平台单元，其前面具有一个防反射和电子有源涂层或者层，并且具有适当的电子，其特征在于其包括：
.一个光电-电子平台，从而形成窄带光子带，适于相关的光电优化转换器，该光电-电子平台由如下组成：
.UV辐射光到光下转换器到可见光辐射域内的特定子带
.具有分光装置的收割散射分级元件以及若干个光浓缩器，将若干子带光分成窄带子光，将每个下游光电适配转换器上投射一点浓缩的窄带子光
.IR辐射上转换器件
.转换倍增平台，由若干针对每个窄带和浓缩子带光电倍增转换器构成，适于它们在其自身暴露面上接收地每个相关的窄带和浓缩子带光谱。
作为第一变形，散射分级以及子带光到光浓缩器合并。
作为第二变形，UV光到光转换器和散射分级合并从而形成一个功能单元。
作为第三变形，散射分级和IR辐射上转换元件协同工作，从而以这种方式转换的IR辐射被导向特殊的倍增适配转换器。
12、本发明的益处
根据本发明，实际上处理了太阳能辐射的所有谱分量，从而由入射光子流获得更大量的转换能量，并且改善了整体转换性能。
由于次级电子生成，有效转换了可见以及近红外谱子带。其他太阳能辐射谱分量在可见光和近红外子带被转换并且投射到相关转换器上。
增益加倍，这是由于暗示更大量入射光子能量的较大的光收集以及更好地转换器性能，从而共同引导到更好地整体性能。优化的整个太阳能光谱倍增转换平台允许恢复通常会丢失的入射太阳光辐射子带。通过独立于入射角度的光子收割增强该效应。
通常，本发明允许克服由于半导体设备的失调引起的局限性，从而有效的转换光谱，优选通过限制不可避免的传统转换器损失转换太阳能光谱。主要的想法依赖于转换处理中光学和电子改进的重叠。该解决方案允许插入采用新的效应工作的活性器件。采用这种方式，巨大光电转换和光产生的有用效应可以被极大的放大。在这样的平台设计中特定设备布置容易的多。
13、附图的简要说明
本发明在根据如下列表的附图协助下将更好地被理解，其中：
附图1为通用视图，没有按照比例绘制，其表示根据本发明基本实施例用于光电转换的倍增转换平台实例的功能组成，其示意性的将入射光和光电转换进行同时管理。上图表示光管理的光电-光子平台，而下图示意性的表示不同的光电转换器，每个都适于光谱子带；
附图2为通用视图，其表示图1中倍增转换平台单元的功能组成，其具有不同设计的优化的光电转换器。每个转换器适于不同的频谱子带。该实例表示活动单个基底，其根据入射的频谱子带(没有按比例绘制)埋在不同深度；
附图3为通用视图，其表示附图2中倍增转换平台的功能组成，其中添加了额外的功能实例，即特定的优化的IR到电转换器，其装备上转换器件层；
附图4表示倍增级/步骤实例，其次级产生可能性p＝1。传统转换器情况下，倍增不存在并且每个被吸收光子的电子数量一致。低能量产生的情况下，每个被吸收光子的电子数量取决于光子能量，由步数表示。优化的子带集中在每一步的第一部分，采用箭头表示。每个选择范围的太阳光谱投射在优化的转换器上，其以最大的性能工作，即，窄带光谱范围；
附图5为光管理，光到光的转换及其到光伏的传输，光电转换的示意图(没有按比例绘制)；
附图6为光伏，光电转换示意图，来自附图5，具有关于载流子倍增的细节，包括之前由光管理窄带花的光谱部分，以及光到光转换的示意图(没有按比例绘制)；
附图7表示模块化面板设计的另一个实例，具有更多或更少的集中点(环状)，其聚焦在适用并优化的倍增转换器上(没有按比例示出)。
14、本发明的详细说明
A.方法
本发明设计一种基于多功能倍增转换平台转换整个太阳光的方法。具有改进的发送器有效的光电转换器被窄光谱子带照亮，子带优化到载流子倍增级/步数。
一般的配置包含至少两套互补设置：第一光电-光子光管理平台以及具有低能量载流子倍增的第二倍增光电转换平台。
上光电-光子平台管理入射光并且在窄带传播子带形式下将其投射在倍增光电转换平台的特定区域上，平台位于光电-光子平台下。通过两个平台的相互优化增强了总的转换效率，优化考虑低能量倍增容量和优化的频谱子带。
所提出的方法基于倍增转换器，其被窄带优化频谱子带照亮。
经过处理的与倍增级/步数关系密切的子带被叠加并且被优化。每个窄带带宽如此集中，从而其适用于相应倍增步骤的最低能量。
采用这个方式，转换的和集中的子带表现出不连续的频谱，其中采用相应的电子倍增序列可以优化每个子带，从而允许最有效的光电转换。理想地，当然是采用能够获得一系列预定类单频波长的方式转换太阳能光谱。
由上光电-光子平台管理的光采用窄子带的形式，其适于电子倍增级/步数的开始。光电转换平台/单元/器件使用优化设备组，允许对于叠加频谱或转换的入射光的最有效率协作的最好可能的组合。
该方法允许每个在蓝光-紫外波场范围内的光子采集大于一个电子。采用这一方式，两种现象，即光电-光子改进和光电改进同时用于基于太阳能单元的硅的整体性能改进。
多级转换周期在初级产生处开始(光子吸收引起的传统机制)，然后继续由热电子的多次碰撞产生次级发生，热电子具有片段(由于特定低能量产生的非传统机制)。很清楚这种情况下表现了最优转换可能性的光谱分布，，一个特定的方面要求多参数融合调查形成了光子和电子两方面的观点。该次级电子起源于在较高光子能量处观测到的过量的光电流。从而最大量的电子会被释放并且形成最大可能的电流。
源于硅的材料主要的优点在于低成本实施。发射器结构基于硅基器件。
B.载流子转换平台的设计
转换平台位于光电-光子平台下方，包含调整的倍增转换器布置，由优化的频谱子带照亮。倍增转换器中的光转换可以出现在一级或多级子结构中，子结构为简单的或者多形式主题，包含不同形状和尺寸的目标：可以被调整到给定频谱子带(通过深度，形成，叠置)球形，水平或垂直块，板，柱状。采用这一方式，一套电子能量水平被认为调整到与太阳能频谱窄带子带相互有效作用。
活动子结构系统，优选埋在倍增转换器发射器内，假定：
●关于放电片段能量水平设置和太阳能光谱的放电片段优化的捕捉截面
●关于掺杂带，片段带和传导带载纳米膜处能量水平设置的优化分布
●有用导向的内置电场，允许单级单向传导
●由于通过纳米薄膜局部注射和提取的单级电子传输-在片段物质纳米层内外本地电子传输模式
●由于量子机械效应极快的将电子注射到片段物质内部，这是由于电子相互作用的波性质(在掺杂级和片段位置之间)
●若干电子子群共存，通过它们的平均能量分布(占据能量级)和转换器内的空间分布来区分
●半导体掺杂的适当分布和片段能量及允许从不纯水平到片段水平的通道过渡
●片段物质纳米层受限处纳米级上电子的选择性吸引和互斥(从电子注射和电子提取观点来看)
●掺杂带中能量级的适当分布(电子筛分，筛查-自由片段水平处于Ec-0.41eV并且不纯水平Ec-0.07eV，不纯水平在能量带向下传播)
●不同电子子分布在片段物质内外共存
●片段物质中包含电子子分部：i)热/暖-微粒特性-倍增-中间快速效应，ii)平衡-微粒特性-低快速效应-提取，iii)不纯/片段-波特性-高快速效应-片段重生
●光子事件在片段物质外占主要地位(电子事件可以忽略)，并且电子事件在片段物质内占主要地位(光子事件可以忽略)。
该复合结构通过纳米级材料的本地调整可用，这使得精确聚焦工具化设备的入射光能量成为可能。使用该参数，如片段物质深度和特定布置将详细的子结构设计调整到光谱子带。
C.通过附图的说明
如下的说明是关于附图和参考标记的进一步解释，从而给出说明，并且使得整个解释完整
易于理解。
.附图1为通用视图，没有按照比例绘制，其其表示根据本发明基本实施例用于光电转换的倍增转换平台实例的功能组成，其示意性的将入射光和光电转换进行同时管理。上图表示光管理的光电-光子平台，而下图示意性的表示不同的光电转换器，每个都适于光谱子带；一些主要的器件采用如下附图标记表示：
1-保护抗反射涂层或层
2-UV下转换层为可见光或/或近红外(硅-纳米晶体)
3-绕射等级，特别是数字绕射等级
4-电子钝化层
5-上电子层
6-表面和埋设子结构之间的过渡层(可能的是自由载流子池)
7-埋设的子机构过渡层
8-片段物质(超物质的)纳米曾
9-一组埋设子结构的下限
10-异种界面元件
11-IR上转换为可见光或/和近红外
12-将IR横向投射到从而单独的处理
.附图2为通用视图，其表示图1中倍增转换平台单元的功能组成，其具有不同设计的优化的光电转换器。每个转换器适于不同的频谱子带。该实例表示活动单个基底，其根据入射的频谱子带(没有按比例绘制)埋在不同深度；
.附图3为通用视图，其表示附图2中倍增转换平台的功能组成，其中添加了额外的功能实例，即特定的优化的IR到电转换器，其装备上转换器件层11，可能用于另一个应用，例如加热水；
附图4表示倍增级/步骤实例，其次级产生可能性p＝1。传统转换器情况下，倍增不存在并且每个被吸收光子的电子数量一致，如由13表示。低能量产生的情况下，每个被吸收光子的电子数量取决于光子能量，如步数14表示。优化的子带集中在每一步的第一部分，采用箭头15表示。每个选择范围的太阳光谱投射在优化的转换器上，其以最大的性能工作，即，窄带光谱范围15；
附图5为光管理，光到光的转换及其到光伏的传输，光电转换的示意图(没有按比例绘制)；
16-UV下转换
17-IR上转换
18-光谱成分适用于或者对于光带你处理优化
19-处理的光谱的下转换UV部分
20-由于其是传输的可见光和近红外光
21-处理的光谱的上转换IR部分
22-采用光收割的光管理结果
23-准备投射到优化的光电转换器上的光束
24-来自光管理和自由载流子倍增的总的电流
.图6为光伏，光电转换示意图，来自附图5，具有关于载流子倍增的细节，包括之前由光管理窄带花的光谱部分，以及光到光转换的示意图(没有按比例绘制)；
25-光谱的三个部分，采用传统方式被吸收产生初级电子
26-光谱的三个部分，在初级电子上转换，产生(并且倍增)接下来额外的次级电子；
.附图7表示倍增转换器(模块化模板设计)活性区域的实例，在内部从上光电-光子平台投射的集中光谱子带具有不同可能的形状：27-环状，28-正方形，29-一组转换的长方形转换器，30-大型矩形转换器以及31-一组系列矩形转换器(没有按比例绘制)。
.附图8表示聚焦并且投射在适用并且优化的倍增转换器的更多或更少同心点实例：32-中心点，33-外部点(没有按比例绘制)。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种倍增光电-光子以及光电转换平台单元，其前面具有一个保护抗反射涂层或层(1)并且具有一个上电极层(5)，其特征在于其包括：
..一个光电-光子平台，从而形成窄带光子带，适于相关的光电优化转换器，该光电-光子平台由如下组成：
.UV辐射光到光下转换器(2)到可见光辐射域内的特定子带，
.具有电子钝化层(4)和分光装置的收割绕射格栅元件(3)以及一个或多个自带光到窄带子带光浓缩转换器，从而引导和投射每一点集中窄带子带光到下游光电适配和优化光电转换器上
.IR辐射上转换专用光转换器
.转换倍增平台，由若干针对每个窄带和浓缩子带光电倍增转换器构成，适于它们在其自身暴露面上接收的每个相关的窄带和浓缩子带光谱。
2.根据权利要求1所述的倍增转换平台单元，其特征在于绕射格栅为至少一个数字格栅。
3.根据权利要求1所述的倍增转换平台单元，其特征在于进入窄带子带光转换器的自带光为光到光的浓缩器。
4.根据权利要求1所述的倍增转换平台单元，其特征在于绕射格栅器件(3)和子带光到光浓缩器合并在一起。
5.根据权利要求1所述的倍增转换平台单元，其特征在于UV光到光下转换器(2)和绕射格栅器件(3)合并从而形成一个功能单元。
6.根据权利要求1所述的倍增转换平台单元，其特征在于IR辐射上转换器件刚好位于光电-光子平台的后面。
7.根据权利要求1所述的倍增转换平台单元，其特征在于IR辐射上转换器件刚好位于光电-光子平台的上面和后面，在其前面附近。
8.根据权利要求1所述的倍增转换平台单元，其特征在于IR辐射横向偏移从而被转换，浓缩和投射在一个单独的适配关联优化倍增转换器，从而有效转换或者直接用于加热水。
9.根据权利要求1所述的倍增转换平台单元，，其特征在于绕射格栅和IR辐射上转换期间协同工作，采用这种方式转换的IR辐射被导向一个特殊的专用倍增转换器，适用于投射的上转换子带。
10.根据权利要求1所述的倍增转换平台单元，其特征在于其包括至少两个特殊专用设备，每个被优化用于给定的太阳能光谱子带。
11.根据前述任意一个权利要求所述的倍增转换平台单元，其特征在于所有功能设备或装置采用薄层或薄平卷的形式实现，在硅材料内制成。
12.根据权利要求1所述的倍增转换平台单元，其特征在于UV光到光转换器与嵌入在其顶部正前面层的硅纳米晶体一起起作用。
13.根据权利要求1所述的倍增转换平台单元，其特征在于UV光到光转换器与嵌入在其顶部正前面层的稀土离子一起起作用。
14.根据权利要求1所述的倍增转换平台单元，其特征在于UV光到光转换器与嵌入在数字绕射格栅其顶部正前面层凸起中的稀土离子一起起作用。
15.根据权利要求1所述的倍增转换平台单元，其特征在于IR光到光转换器与嵌入在专用光电转换器前层中的稀土离子一起起作用。
16.在前述权利要求平台单元内执行的方法，其特征在于对于每个倍增转换器，对应每个相关光谱子带的能量步骤的经过处理的光子通过光谱叠加或者转换或者集中到与该能量步骤相关的该子带相应带宽范围的总倍增步骤第一部分对应的窄带子带中。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于转换和集中的子带代表非连续光谱，其中每个子带采用相应的电子倍增序列优化，从而允许最有效的光电转换。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于转换和集中的子带适于每个电子倍增序列/步骤的开始。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于转换和集中的子带适于每个电子倍增序列/步骤的开始。
20.根据权利要求16所述的方法，其特征在于光电转换平台/单元/器件采用优化的转换器设置，允许与由上光电-光子平台光谱叠加或转换到子带进行优化组合。
21.根据权利要求16所述的方法，其特征在于转换和集中的子带适于每个电子倍增序列/步骤的开始。

Claims (21)

1.一种倍增光电-光子以及光电转换平台单元，其前面具有一个保护抗反射涂层或层(1)并且具有一个上电极层(5)，其特征在于其包括：
.一个光电-电子平台，从而形成窄带光子带，适于相关的光电优化转换器，该光电-电子平台由如下组成：
.UV辐射光到光下转换器(2)到可见光辐射域内的特定子带，
.具有电子钝化层(4)和分光装置的收割散射分级元件(3)以及一个或多个自带光到窄带子带光浓缩转换器，从而引导和投射每一点集中窄带子带光到下游光电适配和优化光电转换器上
.IR辐射上转换专用光转换器
.转换倍增平台，由若干针对每个窄带和浓缩子带光电倍增转换器构成，适于它们在其自身暴露面上接收的每个相关的窄带和浓缩子带光谱。
2.根据权利要求1所述的倍增转换平台单元，其特征在于绕射级为一个或多个数字级。
3.根据权利要求1所述的倍增转换平台单元，其特征在于进入窄带子带光转换器的自带光为光到光的浓缩器。
4.根据权利要求1所述的倍增转换平台单元，其特征在于绕射级器件(3)和子带光到光浓缩器合并在一起。
5.根据权利要求1所述的倍增转换平台单元，其特征在于UV光到光下转换器(2)和绕射级器件(3)合并从而形成一个功能单元。
6.根据权利要求1所述的倍增转换平台单元，其特征在于IR辐射上转换器件刚好位于光电-光子平台的后面。
7.根据权利要求1所述的倍增转换平台单元，其特征在于IR辐射上转换器件刚好位于光电-光子平台的上面和后面，在其前面附近。
8.根据权利要求1所述的倍增转换平台单元，其特征在于IR辐射横向偏移从而被转换，浓缩和投射在一个单独的适配关联优化倍增转换器，从而有效转换或者直接用于加热水。
9.根据权利要求1所述的倍增转换平台单元，，其特征在于绕射级和IR辐射上转换期间协同工作，采用这种方式转换的IR辐射被导向一个特殊的专用倍增转换器，适用于投射的上转换子带。
10.根据权利要求1所述的倍增转换平台单元，其特征在于其包括至少两个特殊专用设备，每个被优化用于给定的太阳能光谱子带。
11.根据前述任意一个权利要求所述的倍增转换平台单元，其特征在于所有功能设备或装置采用薄层或薄平卷的形式实现，在硅材料内制成。
12.根据权利要求1所述的倍增转换平台单元，其特征在于UV光到光转换器与嵌入在其顶部正前面层的硅纳米晶体一起起作用。
13.根据权利要求1所述的倍增转换平台单元，其特征在于UV光到光转换器与嵌入在其顶部正前面层的稀土离子一起起作用。
14.根据权利要求1所述的倍增转换平台单元，其特征在于UV光到光转换器与嵌入在数字绕射级其顶部挣钱面层凸起中的稀土离子一起起作用。
15.根据权利要求1所述的倍增转换平台单元，其特征在于IR光到光转换器与嵌入在专用光电转换器前层中的稀土离子一起起作用。
16.在前述权利要求平台单元内执行的方法，其特征在于对于每个倍增转换器，对应每个相关光谱子带的能量步骤的经过处理的光子通过光谱叠加或者转换或者集中到与该能量步骤相关的该子带相应带宽范围的总倍增步骤第一部分对应的窄带子带中。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于转换和集中的子带代表非连续光谱，其中每个子带采用相应的电子倍增序列优化，从而允许最有效的光电转换。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于转换和集中的子带适于每个电子倍增序列/步骤的开始。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于转换和集中的子带适于每个电子倍增序列/步骤的开始。
20.根据权利要求16所述的方法，其特征在于光电转换平台/单元/器件采用优化的转换器设置，允许与由上光电-光子平台光谱叠加或转换到子带进行优化组合。
21.根据权利要求16所述的方法，其特征在于转换和集中的子带适于每个电子倍增序列/步骤的开始。
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