DE102014117449B4 - Hot carrier photoelectric conversion device and method therefor - Google Patents

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Abstract

Eine Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung (2, 2'), umfassend:eine P-Halbleiterschicht (21);eine N-Halbleiterschicht (22);eine anorganische lichtabsorbierende Leitschicht (23),die zwischen der P-Halbleiterschicht (21) und der N-Halbleiterschicht (22) gebildet ist; und eine zweite Halbleiterschicht (25), die auf der N-Halbleiterschicht (22) gebildet ist oder zwischen der N-Halbleiterschicht (22) und der anorganischen lichtabsorbierenden Leitschicht (23) gebildet ist,wobei mindestens eine der P-Halbleiterschicht (21) und der N-Halbleiterschicht (22) eine transparente oder teiltransparente Halbleiterschicht ist,wobei das Valenzband (251) der zweiten Halbleiterschicht (25) ein Energieniveau aufweist, das höher als das Energieniveau des Leitungsbandes (222) der N-Halbleiterschicht (22) ist, oder wobei das Valenzband (251) der zweiten Halbleiterschicht (25) ein Energieniveau aufweist, das niedriger als das Energieniveau des Leitungsbandes (222) der N-Halbleiterschicht (22) ist, und die Energiedifferenz zwischen dem Valenzband (251) der zweiten Halbleiterschicht (25) und dem Leitungsband (222) der N-Halbleiterschicht (22) geringer als 0,2 eV ist.A hot-carrier photoelectric conversion device (2, 2') comprising: a P-type semiconductor layer (21); an N-type semiconductor layer (22); an inorganic light-absorbing guide layer (23) sandwiched between the P-type semiconductor layer (21 ) and the N-type semiconductor layer (22); and a second semiconductor layer (25) formed on the N-type semiconductor layer (22) or formed between the N-type semiconductor layer (22) and the inorganic light-absorbing guide layer (23),at least one of the P-type semiconductor layer (21) and the N-type semiconductor layer (22) is a transparent or partially transparent semiconductor layer, the valence band (251) of the second semiconductor layer (25) having an energy level that is higher than the energy level of the conduction band (222) of the N-type semiconductor layer (22), or wherein the valence band (251) of the second semiconductor layer (25) has an energy level lower than the energy level of the conduction band (222) of the N-type semiconductor layer (22), and the energy difference between the valence band (251) of the second semiconductor layer (25) and the conduction band (222) of the N-type semiconductor layer (22) is less than 0.2 eV.

Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung und ein Verfahren dafür und insbesondere eine Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung und ein Verfahren dafür.The present invention relates to a photoelectric conversion device and a method thereof, and more particularly to a hot-carrier photoelectric conversion device and a method thereof.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIKBACKGROUND ART

1 zeigt ein schematisches Diagramm einer herkömmlichen Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung 1 und ein Verfahren zur photoelektrischen Umwandlung dafür. Wie in 1 gezeigt, umfasst die Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung 1 eine P-Halbleiterschicht 11 und eine N-Halbleiterschicht 12. 1 Fig. 11 shows a schematic diagram of a conventional photoelectric conversion apparatus 1 and a photoelectric conversion method therefor. As in 1 As shown, the photoelectric conversion device 1 comprises a P-type semiconductor layer 11 and an N-type semiconductor layer 12.

Die P-Halbleiterschicht 11 weist ein erstes Valenzband 111, ein erstes Leitungsband 112 und eine erste Bandlücke 113 auf. Die N-Halbleiterschicht 12 weist ein zweites Valenzband 121, ein zweites Leitungsband 122 und eine zweite Bandlücke 123 auf. Eine Verarmungszone 13 ist auf dem PN-Übergang zwischen der P-Halbleiterschicht 11 und der N-Halbleiterschicht 12 gebildet. Ein inneres elektrisches Feld wird in der Verarmungszone 13 erzeugt.The P-type semiconductor layer 11 has a first valence band 111 , a first conduction band 112 and a first band gap 113 . The N-type semiconductor layer 12 has a second valence band 121 , a second conduction band 122 and a second band gap 123 . A depletion region 13 is formed on the PN junction between the P type semiconductor layer 11 and the N type semiconductor layer 12 . An internal electric field is generated in the depletion zone 13 .

Ein erstes Potenzialgefälle 131 wird zwischen dem ersten Valenzband 111 und dem zweiten Valenzband 121 gebildet, wobei alle drei unterhalb des Fermi-Niveaus 133 liegen. Ein zweites Potenzialgefälle 132 wird zwischen dem ersten Leitungsband 112 und dem zweiten Leitungsband 122 gebildet, wobei alle drei oberhalb des Fermi-Niveaus 133 liegen. A first potential gradient 131 is formed between the first valence band 111 and the second valence band 121 , all three being below the Fermi level 133 . A second potential gradient 132 is formed between the first conduction band 112 and the second conduction band 122 , all three being above the Fermi level 133 .

Wenn die Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung 1 mehrere Photonen 14 absorbiert und Elektron-Loch-Paare wie beispielsweise ein erstes Elektron 141a und ein erstes Loch 141b und ein zweites Elektron 142a und ein zweites Loch 142b erzeugt, kann das erste Elektron 141a von dem ersten Valenzband 111 auf das erste Leitungsband 112 übergehen und das zweite Elektron 142a kann von dem zweiten Valenzband 121 auf das zweite Leitungsband 122 übergehen.When the photoelectric conversion device 1 absorbs multiple photons 14 and generates electron-hole pairs such as a first electron 141a and a first hole 141b and a second electron 142a and a second hole 142b, the first electron 141a from the first valence band 111 transition to the first conduction band 112 and the second electron 142a can transition from the second valence band 121 to the second conduction band 122.

Anschließend, aufgrund des Diffusionseffekts, können das erste Elektron 141a und das zweite Elektron 142a auf das zweite Potenzialgefälle 132 der Verarmungszone 13 gelangen und das erste Loch 141b und das zweite Loch 142b können unter das erste Potenzialgefälle 131 der Verarmungszone 13 gelangen. Danach, mit dem inneren elektrischen Feld in der Verarmungszone 13, werden das erste Elektron 141a, das zweite Elektron 142a, das erste Loch 141b und das zweite Loch 142b gesondert auf einen äußeren Kreis 15 übertragen, wodurch sie elektrische Energie erzeugen.Then, due to the diffusion effect, the first electron 141a and the second electron 142a can get on the second potential drop 132 of the depletion region 13, and the first hole 141b and the second hole 142b can get below the first potential drop 131 of the depletion region 13. Thereafter, with the internal electric field in the depletion region 13, the first electron 141a, the second electron 142a, the first hole 141b and the second hole 142b are separately transferred to an outer circuit 15, thereby generating electric energy.

Ein Nachteil einer solchen herkömmlichen Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung ist, dass sowohl die P-Halbleiterschicht als auch die N-Halbleiterschicht Bandlücken aufweisen. Zum Beispiel ist die Bandlücke einer P-Halbleiterschicht oder einer N-Halbleiterschicht, die aus Silicium (Si) hergestellt ist, etwa 1,1 eV (Elektronenvolt). Daher ist der Lichtabsorptionsbereich der Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung durch die Bandlücken eingeschränkt, sodass einige Photonen nicht durch die Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung absorbiert werden können, was in einer Verringerung der Anzahl von Photonen, die absorbiert werden, und in einer gescheiterten Erzeugung einer großen Menge von Elektronen und Löchern resultiert.A disadvantage of such a conventional photoelectric conversion device is that both the P-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer have band gaps. For example, the band gap of a P-type semiconductor layer or an N-type semiconductor layer made of silicon (Si) is about 1.1 eV (electron volts). Therefore, the light absorption range of the photoelectric conversion device is limited by the band gaps, so some photons cannot be absorbed by the photoelectric conversion device, resulting in a reduction in the number of photons that are absorbed and a failure to generate a large amount of electrons and holes.

Außerdem werden die Elektronen und Löcher mit einer geringeren Geschwindigkeit und mit geringerem Einfang nach außen geleitet, was zu hohem Energieverlust, niedrigerer Spannung und Stromstärke und geringerer Effizienz der photoelektrischen Umwandlung führt. Dadurch kann die Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung nur eine geringe Anzahl energiearmer Elektronen und Löcher (Cold-Carrier) erhalten und erzeugt Elektrizität von niedriger Spannung und geringer Stromstärke.Also, the electrons and holes are conducted out at a lower speed and with less capture, resulting in high energy loss, lower voltage and current, and lower photoelectric conversion efficiency. As a result, the photoelectric conversion device can receive only a small number of low-energy electrons and holes (cold carriers) and generates electricity of low voltage and current.

Daher gibt es Bedarf daran, eine Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung und ein Verfahren dafür zu entwickeln, um die vorstehenden Probleme zu bewältigen.Therefore, there is a need to develop a photoelectric conversion device and method for overcoming the above problems.

Aus der WO 2014 100 707 A1 ist eine Solarzelle zur photoelektrischen Umwandlung von Sonnenenergie bekannt, die durch zusätzliche lateral strukturierte Schichten zum Einen die Lichtabsorption bei der Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren verbessert wird und zum Anderen Energieverluste durch Streuung heißer Elektronen an Phononen reduziert werden.From the WO 2014 100 707 A1 a solar cell for the photoelectric conversion of solar energy is known which, through additional laterally structured layers, improves light absorption when generating electron-hole pairs and reduces energy losses due to the scattering of hot electrons on phonons.

Die US 2014 209 154 A1 offenbart lichtabsorbierende Schichten, deren Absorption durch eingebettete metallische Nanostrukturen vorteilhaft erhöht ist.the U.S. 2014 209 154 A1 discloses light-absorbing layers whose absorption is advantageously increased by embedded metallic nanostructures.

Die nachveröffentlichte DE 10 2013 106 800 A1 offenbart optoelektronische Bauelemente mit organischen funktionellen Schichtenstrukturen. Darin kommen unter anderem Zwischenschichten mit Ladungsträgerpaar-Erzeugungs-Strukturen aus Graphen zum Einsatz.The Post-Released DE 10 2013 106 800 A1 discloses optoelectronic components with organic functional layer structures. Among other things, intermediate layers with charge carrier pair generation structures made of graphene are used.

Die US-Patentveröffentlichung US 2013 / 0 193 404 A1 offenbart eine „Photokonversionsvorrichtung mit verbesserter Photonenabsorption“. Infrarot-Photokonversionsvorrichtung, umfassend einen Kollektor mit mindestens einer aktiven Schicht, die aus einem einzelnen Blatt aus dotiertem einschichtigem, zweischichtigem oder mehrschichtigem Graphen besteht, das als Nanoscheiben oder Nanobänder strukturiert ist. Die einzelne Schicht aus dotiertem Graphen weist ein hohes Absorptionsvermögen auf und somit kann die Effizienz von Vorrichtungen wie Photovoltaikzellen, Photodetektoren und Lichtemissionsvorrichtungen durch Verwendung von Graphen als zentrales absorbierendes oder emittierendes Element verbessert werden. Diese Geräte werden abstimmbar, weil ihre Spitzenabsorptions- oder Emissionswellenlänge durch elektrostatische Dotierung des Graphens verändert wird.US patent publication US 2013/0 193 404 A1 discloses a “photoconversion device device with improved photon absorption”. An infrared photoconversion device comprising a collector having at least one active layer consisting of a single sheet of doped monolayer, bilayer or multilayer graphene structured as nanodiscs or nanoribbons. The single layer of doped graphene has high absorptivity and thus the efficiency of devices such as photovoltaic cells, photodetectors, and light emitting devices can be improved by using graphene as the central absorbing or emitting element. These devices become tunable because their peak absorption or emission wavelength is altered by electrostatic doping of graphene.

Die US-Patentveröffentlichung US 2012 / 0 141 799 A1 offenbart „Film auf Graphen auf einem Substrat und Verfahren und Vorrichtungen dafür“. Eine Struktur mit einer aus einem Halbleitermaterialfilm gebildeten Graphenmaterialschicht, die auf einem Substrat angeordnet ist, wird bereitgestellt. Die Struktur besteht aus einer Heterostruktur, die einen Halbleitermaterialfilm, ein Substrat und eine Graphenmaterialschicht umfasst, die aus einer oder mehreren Graphenschichten besteht, die sich zwischen dem Halbleitermaterialfilm und dem Substrat befinden. Die Struktur kann ferner eine Graphengrenzflächenübergangsschicht an der Halbleitermaterialfilmgrenzfläche mit der Graphenmaterialschicht und/oder eine Substratübergangsschicht an der Graphenmaterialschichtgrenzfläche mit dem Substrat umfassen. Daher gibt es Bedarf daran, eine Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung und ein Verfahren dafür zu entwickeln, um die vorstehenden Probleme zu bewältigen.US patent publication US 2012/0 141 799 A1 discloses “Film on graphene on a substrate and methods and apparatus therefor”. A structure having a graphene material layer formed of a semiconductor material film disposed on a substrate is provided. The structure consists of a heterostructure comprising a semiconductor material film, a substrate and a graphene material layer consisting of one or more graphene layers located between the semiconductor material film and the substrate. The structure may further comprise a graphene interface transition layer at the semiconductor material film interface with the graphene material layer and/or a substrate transition layer at the graphene material layer interface with the substrate. Therefore, there is a need to develop a photoelectric conversion device and method for overcoming the above problems.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Eine Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung, umfassend: eine P-Halbleiterschicht; eine N-Halbleiterschicht; eine anorganische lichtabsorbierende Leitschicht, die zwischen der P-Halbleiterschicht und der N-Halbleiterschicht gebildet ist; und eine zweite Halbleiterschicht, die auf der N-Halbleiterschicht gebildet ist oder zwischen der N-Halbleiterschicht und der anorganischen lichtabsorbierenden Leitschicht gebildet ist, wobei mindestens eine der P-Halbleiterschicht und der N-Halbleiterschicht eine transparente oder teiltransparente Halbleiterschicht ist, wobei das Valenzband der zweiten Halbleiterschicht ein Energieniveau aufweist, das höher als das Energieniveau des Leitungsbandes der N-Halbleiterschicht ist, oder wobei das Valenzband der zweiten Halbleiterschicht ein Energieniveau aufweist, das niedriger als das Energieniveau des Leitungsbandes der N-Halbleiterschicht ist, und die Energiedifferenz zwischen dem Valenzband der zweiten Halbleiterschicht und dem Leitungsband der N-Halbleiterschicht geringer als 0,2 eV ist.A hot-carrier photoelectric conversion device comprising: a P-type semiconductor layer; an N-type semiconductor layer; an inorganic light absorbing guide layer formed between the P type semiconductor layer and the N type semiconductor layer; and a second semiconductor layer formed on the N-type semiconductor layer or formed between the N-type semiconductor layer and the inorganic light-absorbing guide layer, wherein at least one of the P-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer is a transparent or partially transparent semiconductor layer, the valence band of the second semiconductor layer has an energy level higher than the energy level of the conduction band of the N-type semiconductor layer, or wherein the valence band of the second semiconductor layer has an energy level lower than the energy level of the conduction band of the N-type semiconductor layer, and the energy difference between the valence band of the second semiconductor layer and the conduction band of the N-type semiconductor layer is less than 0.2 eV.

Ein Hot-Carrier-Verfahren zur photoelektrischen Umwandlung, das folgende Schritte umfasst: Bereitstellen einer Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung, die eine P-Halbleiterschicht, eine N-Halbleiterschicht und eine anorganische lichtabsorbierende Leitschicht, die zwischen der P-Halbleiterschicht und der N-Halbleiterschicht gebildet ist, umfasst; Absorbieren von Photonen durch die anorganische lichtabsorbierende Leitschicht, um Elektronen und Löcher zu erzeugen; jeweiliges Verschieben der Elektronen und Löcher auf die N-Halbleiterschicht und die P-Halbleiterschicht durch ein elektrisches Feld oder Diffusion, sodass die Elektronen und die Löcher jeweils nach außen geleitet werden, um elektrische Energie zu erzeugen; und Bilden einer zweiten Halbleiterschicht auf der N-Halbleiterschicht oder zwischen der N-Halbleiterschicht und der anorganischen lichtabsorbierenden Leitschicht, wobei mindestens eine der P-Halbleiterschicht und der N-Halbleiterschicht eine transparente oder teiltransparente Halbleiterschicht ist, wobei das Valenzband der zweiten Halbleiterschicht ein Energieniveau aufweist, das höher als das Energieniveau des Leitungsbandes der N-Halbleiterschicht ist, oder wobei das Valenzband der zweiten Halbleiterschicht ein Energieniveau aufweist, das niedriger als das Energieniveau des Leitungsbandes der N-Halbleiterschicht ist, und die Energiedifferenz zwischen dem Valenzband der zweiten Halbleiterschicht und dem Leitungsband der N-Halbleiterschicht geringer als 0,2 eV ist.A hot-carrier photoelectric conversion method, comprising the steps of: providing a hot-carrier photoelectric conversion device comprising a p-type semiconductor layer, an n-type semiconductor layer and an inorganic light-absorbing guide layer sandwiched between the p-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer is formed includes; absorbing photons by the inorganic light absorbing guide layer to generate electrons and holes; shifting the electrons and holes to the N-type semiconductor layer and the P-type semiconductor layer, respectively, by an electric field or diffusion so that the electrons and the holes are respectively conducted outside to generate electric energy; and forming a second semiconductor layer on the N-type semiconductor layer or between the N-type semiconductor layer and the inorganic light-absorbing guide layer, wherein at least one of the P-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer is a transparent or partially transparent semiconductor layer, the valence band of the second semiconductor layer having an energy level , which is higher than the energy level of the conduction band of the N-type semiconductor layer, or wherein the valence band of the second semiconductor layer has an energy level that is lower than the energy level of the conduction band of the N-type semiconductor layer, and the energy difference between the valence band of the second semiconductor layer and the conduction band of the N-type semiconductor layer is less than 0.2 eV.

Eine Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung, umfassend: eine P-Halbleiterschicht; eine N-Halbleiterschicht; eine anorganische lichtabsorbierende Leitschicht, die zwischen der P-Halbleiterschicht und der N-Halbleiterschicht gebildet ist; und eine erste Halbleiterschicht, die auf der P-Halbleiterschicht gebildet ist oder zwischen der P-Halbleiterschicht und der anorganischen lichtabsorbierenden Leitschicht gebildet ist, wobei mindestens eine der P-Halbleiterschicht und der N-Halbleiterschicht eine transparente oder teiltransparente Halbleiterschicht ist, wobei das Leitungsband der ersten Halbleiterschicht ein Energieniveau aufweist, das niedriger als das Energieniveau des Valenzbandes der P-Halbleiterschicht ist, oder wobei das Leitungsband der ersten Halbleiterschicht ein Energieniveau aufweist, das höher als das Energieniveau des Valenzbandes der P-Halbleiterschicht ist, und die Energiedifferenz zwischen dem Leitungsband der ersten Halbleiterschicht und dem Valenzband der P-Halbleiterschicht geringer als 0,2 eV ist.A hot-carrier photoelectric conversion device comprising: a P-type semiconductor layer; an N-type semiconductor layer; an inorganic light absorbing guide layer formed between the P type semiconductor layer and the N type semiconductor layer; and a first semiconductor layer formed on the P-type semiconductor layer or formed between the P-type semiconductor layer and the inorganic light-absorbing guide layer, wherein at least one of the P-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer is a transparent or partially transparent semiconductor layer, the conduction band of the first semiconductor layer has an energy level lower than the energy level of the valence band of the P-type semiconductor layer, or wherein the conduction band of the first semiconductor layer has an energy level higher than the energy level of the valence band of the P-type semiconductor layer, and the energy difference between the conduction band of the first semiconductor layer and the valence band of the p-type semiconductor layer is less than 0.2 eV.

Aus dem Vorstehenden wird ersichtlich, dass die Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung und das Verfahren zur photoelektrischen Umwandlung der vorliegenden Erfindung das Bilden der anorganischen lichtabsorbierenden Leitschicht und der N-Halbleiterschicht zum Absorbieren von Photonen umfasst und die Elektronen und Löcher jeweils nach außen geleitet werden, um elektrische Energie zu erzeugen. Daher kann die vorliegende Erfindung Photonen beliebiger Wellenlängen absorbieren, die Anzahl absorbierter Photonen erhöhen und bewirken, dass große Mengen energiereicher Elektronen und Löcher (Hot-Carrier) schnell nach außen geleitet werden, wodurch die Effizienz der photoelektrischen Umwandlung gesteigert wird und elektrische Energie mit einer hohen Leerlaufspannung und einer hohen Stromstärke erzeugt wird.From the foregoing, it is apparent that the hot-carrier photoelectric conversion device and the photoelectric conversion method The conversion of the present invention comprises forming the inorganic light-absorbing guide layer and the N-type semiconductor layer for absorbing photons, and the electrons and holes are respectively guided outside to generate electric energy. Therefore, the present invention can absorb photons of arbitrary wavelengths, increase the number of absorbed photons, and cause large amounts of energetic electrons and holes (hot carriers) to be quickly conducted outside, thereby increasing the photoelectric conversion efficiency and electric energy with a high No-load voltage and a high current is generated.

Figurenlistecharacter list

Die vorliegende Erfindung kann durch Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, vollständiger verstanden werden, wobei:

  • 1 ein schematisches Diagramm ist, das die Grundstruktur einer herkömmlichen Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung und ein Verfahren zur photoelektrischen Umwandlung dafür darstellt;
  • 2 ein schematisches Diagramm ist, das die Grundstruktur einer Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung und ein Verfahren zur photoelektrischen Umwandlung dafür darstellt;
  • 3A ein schematisches Diagramm ist, das die Grundstruktur einer Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung und ein Verfahren zur photoelektrischen Umwandlung dafür gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 3B und 3C schematische Diagramme sind, die Alternativen der Grundstruktur einer Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung und ein Verfahren zur photoelektrischen Umwandlung dafür gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen;
  • 4A ein schematisches Diagramm ist, das die P-Halbleiterschicht und die erste Halbleiterschicht gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 4B ein schematisches Diagramm ist, das die N-Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt; und
  • 5 ein schematisches Diagramm ist, das die Grundstruktur einer Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung und ein Verfahren zur photoelektrischen Umwandlung dafür zur Erläuterung einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
The present invention can be more fully understood by reading the following detailed description of the preferred embodiments with reference to the accompanying drawings, wherein:
  • 1 Fig. 12 is a schematic diagram showing the basic structure of a conventional photoelectric conversion device and a photoelectric conversion method therefor;
  • 2 Fig. 12 is a schematic diagram showing the basic structure of a hot-carrier photoelectric conversion device and a photoelectric conversion method therefor;
  • 3A Fig. 12 is a schematic diagram showing the basic structure of a hot-carrier photoelectric conversion device and a photoelectric conversion method therefor according to a second embodiment of the present invention;
  • 3B and 3C 12 are schematic diagrams showing alternatives of the basic structure of a hot-carrier photoelectric conversion device and a photoelectric conversion method therefor according to the second embodiment of the present invention;
  • 4A Fig. 12 is a schematic diagram showing the P-type semiconductor layer and the first semiconductor layer according to the present invention;
  • 4B Fig. 12 is a schematic diagram showing the N-type semiconductor layer and the second semiconductor layer according to the present invention; and
  • 5 Fig. 12 is a schematic diagram showing the basic structure of a hot-carrier photoelectric conversion device and a photoelectric conversion method therefor for explaining a third embodiment of the present invention.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS

2 stellt die Grundstruktur einer Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung 2 und ein Verfahren zur photoelektrischen Umwandlung dafür dar. Wie in 2 gezeigt, ist die Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung 2 ein photoelektrisches Umwandlungselement und umfasst eine P-Halbleiterschicht 21, eine N-Halbleiterschicht 22 und eine anorganische lichtabsorbierende Leitschicht 23. Sowohl die P-Halbleiterschicht 21 als auch die N-Halbleiterschicht 22 können anorganische Halbleiterschichten oder organische Halbleiterschichten sein, oder eine ist eine anorganische Halbleiterschicht und die andere ist eine organische Halbleiterschicht. 2 Fig. 12 shows the basic structure of a hot-carrier photoelectric conversion device 2 and a photoelectric conversion method therefor. As in Fig 2 shown, the hot-carrier photoelectric conversion device 2 is a photoelectric conversion element and comprises a p-type semiconductor layer 21, an n-type semiconductor layer 22 and an inorganic light-absorbing guide layer 23. Both the p-type semiconductor layer 21 and the n-type semiconductor layer 22 can inorganic semiconductor layers or organic semiconductor layers, or one is an inorganic semiconductor layer and the other is an organic semiconductor layer.

Die P-Halbleiterschicht 21 weist ein erstes Valenzband 211, ein erstes Leitungsband 212 und eine erste Bandlücke 213, die zwischen dem ersten Valenzband 211 und dem ersten Leitungsband 212 gebildet ist, auf. Das erste Valenzband 211 und das erste Leitungsband 212 liegen jeweils unterhalb und oberhalb des Fermi-Niveaus 26. Eine P-Halbleiterschicht mit einem energiereicheren ersten Leitungsband 212 kann gewählt werden, um Rekombination zu verhindern, die durch Elektronen, die in die P-Halbleiterschicht eindiffundieren, verursacht wird, wodurch die gesammelten Ladungsträger reduziert werden könnten.The P-type semiconductor layer 21 has a first valence band 211 , a first conduction band 212 and a first band gap 213 formed between the first valence band 211 and the first conduction band 212 . The first valence band 211 and the first conduction band 212 lie below and above the Fermi level 26, respectively. A P-type semiconductor layer with a higher-energy first conduction band 212 can be chosen to prevent recombination caused by electrons diffusing into the P-type semiconductor layer , which could reduce the collected charge carriers.

Die N-Halbleiterschicht 22 weist ein zweites Valenzband 221, ein zweites Leitungsband 222 und eine zweite Bandlücke 223, die zwischen dem zweiten Valenzband 221 und dem zweiten Leitungsband 222 gebildet ist, auf. Das zweite Valenzband 221 und das zweite Leitungsband 222 liegen jeweils unterhalb und oberhalb des Fermi-Niveaus 26. Eine N-Halbleiterschicht mit einem energieärmeren zweiten Valenzband 221 kann gewählt werden, um Rekombination zu verhindern, die durch Löcher, die in die N-Halbleiterschicht eindiffundieren, verursacht wird, wodurch die gesammelten Ladungsträger reduziert werden könnten.The N-type semiconductor layer 22 has a second valence band 221 , a second conduction band 222 and a second band gap 223 formed between the second valence band 221 and the second conduction band 222 . The second valence band 221 and the second conduction band 222 lie below and above the Fermi level 26, respectively. An N-type semiconductor layer with a lower-energy second valence band 221 can be chosen to prevent recombination caused by holes diffusing into the N-type semiconductor layer , which could reduce the collected charge carriers.

Die anorganische lichtabsorbierende Leitschicht 23 ist zwischen der P-Halbleiterschicht 21 und der N-Halbleiterschicht 22 zum Absorbieren mehrerer Photonen bereitgestellt, um Elektron-Loch-Paare wie beispielsweise ein erstes Elektron 271a und ein erstes Loch 271b und ein zweites Elektron 272a und ein zweites Loch 272b zu erzeugen. The inorganic light-absorbing guide layer 23 is provided between the P-type semiconductor layer 21 and the N-type semiconductor layer 22 for absorbing multiple photons to form electron-hole pairs such as a first electron 271a and a first hole 271b and a second electron 272a and a second hole 272b to generate.

Mit einem elektrischen Feld oder Diffusionseffekt bewegen sich das erste Elektron 271a, das zweite Elektron 272a und dergleichen so, dass sie über dem zweiten Leitungsband 222 der N-Halbleiterschicht 22 sind, wohingegen das erste Loch 271b, das zweite Loch 272b und dergleichen sich unter das erste Valenzband 211 der P-Halbleiterschicht 21 bewegen. Folglich werden das erste Elektron 271a, das zweite Elektron 272a, das erste Loch 271b und das zweite Loch 272b und dergleichen gesondert auf einen äußeren Kreis 28 übertragen, wodurch große Mengen von Hot-Carriern mit hoher Energie wie das erste Elektron 271a, das zweite Elektron 272a, das erste Loch 271b und das zweite Loch 272b erhalten werden und elektrische Energie, die eine hohe Leerlaufspannung und eine hohe Stromstärke aufweist, erzeugt wird.With an electric field or diffusion effect, the first electron 271a, the second electron 272a and the like so that they are above the second conduction band 222 of the N type semiconductor layer 22, whereas the first hole 271b, the second hole 272b and the like move below the first valence band 211 of the P type semiconductor layer 21. Consequently, the first electron 271a, the second electron 272a, the first hole 271b and the second hole 272b and the like are separately transferred to an outer circle 28, thereby producing large amounts of high-energy hot carriers such as the first electron 271a, the second electron 272a, the first hole 271b and the second hole 272b are obtained and electric power having a high open circuit voltage and a high current is generated.

Die anorganische lichtabsorbierende Leitschicht 23 kann aus einem Material wie Metall, Graphit, Graphen usw. hergestellt sein. Ihre Dicke kann weniger als 50 nm (1 nm = 10-9 m) oder weniger als oder gleich eine Länge von fünf Mal der mittleren freien Weglänge des ersten Elektrons 271a, ersten Lochs 271b oder dergleichen innerhalb der anorganischen lichtabsorbierenden Leitschicht 23 sein. Wenn die Dicke der anorganischen lichtabsorbierenden Leitschicht 23 geringer als die mittlere freie Weglänge ist, bedeutet das, dass das erste Elektron 271a, das erste Loch 271b und dergleichen vor einem Zusammenstoß mit den Atomen (bevor die Energie verbraucht ist) nach außen geleitet werden, sodass das erste Elektron 271a, das erste Loch 271b und dergleichen, die nach außen geleitet werden, hohe Energie aufweisen.The inorganic light-absorbing guide layer 23 can be made of a material such as metal, graphite, graphene, and so on. Its thickness may be less than 50 nm (1 nm = 10 -9 m) or less than or equal to a length five times the mean free path of the first electron 271a, first hole 271b or the like within the inorganic light absorbing guide layer 23. If the thickness of the inorganic light absorbing guide layer 23 is less than the mean free path, it means that the first electron 271a, the first hole 271b and the like before colliding with the atoms (before the energy is consumed) are guided outside so that the first electron 271a, the first hole 271b and the like led to the outside have high energy.

Des Weiteren, wenn die Absorption von mehr Photonen 27 gewünscht ist, kann die P-Halbleiterschicht 21 oder die N-Halbleiterschicht 22 in eine Nanostruktur umgewandelt werden, wobei die anorganische lichtabsorbierende Leitschicht 23 derart auf der Fläche dieser Nanostruktur gebildet ist, dass sie mit der Nanostruktur übereinstimmt. Dies erhöht die äquivalente lichtabsorbierende Dicke und verstärkt somit die Lichtabsorption der Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung 2. Unterdessen liegt die anorganische lichtabsorbierende Leitschicht 23 sehr nah an der benachbarten P-Halbleiterschicht 21 oder N-Halbleiterschicht 22, sodass der zurückzulegende Weg für das erste Loch 271b, das erste Elektron 271a und dergleichen bis zu der P-Halbleiterschicht 21 oder der N-Halbleiterschicht 22 weniger als oder nahezu die mittlere freie Weglänge ist.Furthermore, if the absorption of more photons 27 is desired, the P-type semiconductor layer 21 or the N-type semiconductor layer 22 can be made into a nanostructure, with the inorganic light-absorbing guiding layer 23 being formed on the surface of this nanostructure in such a way that it is compatible with the Nanostructure matches. This increases the equivalent light-absorbing thickness and thus enhances the light-absorption of the hot-carrier photoelectric conversion device 2. Meanwhile, the guide inorganic light-absorbing layer 23 is very close to the adjacent P-type semiconductor layer 21 or N-type semiconductor layer 22, so that the path to be traveled for the first hole 271b, first electron 271a and the like up to P type semiconductor layer 21 or N type semiconductor layer 22 is less than or close to the mean free path.

Da die Dicke der anorganischen lichtabsorbierenden Leitschicht 23 nahe der mittleren freien Weglänge des ersten Elektrons 271a, des ersten Lochs 271b und dergleichen ist, durchlaufen diese, wenn das erste Elektron 271a und das erste Loch 271b jeweils auf die P-Halbleiterschicht 21 und die N-Halbleiterschicht 22 bewegt werden, keine mehrmalige Phononenstreuung und behalten daher höhere Energie, und das erste Elektron 271a, das erste Loch 271b und dergleichen werden die sogenannten Hot-Carrier.Since the thickness of the inorganic light absorbing guide layer 23 is close to the mean free path of the first electron 271a, the first hole 271b and the like, when the first electron 271a and the first hole 271b hit the P type semiconductor layer 21 and the N type semiconductor layer 21 and the Semiconductor layer 22 are moved, no multiple phonon scattering and therefore keep higher energy, and the first electron 271a, the first hole 271b and the like become the so-called hot carriers.

Andererseits, wenn das erste Elektron 271a und das erste Loch 271b eine geringere Energie aufweisen, kann ein wenig Energie von den energiereicheren Hot-Carriern auf energieärmere Hot-Carrier durch Trägerzusammenstöße übertragen werden. Daraus ergibt sich, dass die anorganische lichtabsorbierende Leitschicht 23 nicht unbedingt eine Bandlücke aufweisen muss, das heißt, sie kann das ganze Spektrum des Sonnenlichts oder verschiedener Arten von Licht absorbieren.On the other hand, when the first electron 271a and the first hole 271b have lower energy, some energy may be transferred from the higher-energy hot carriers to lower-energy hot carriers by carrier collisions. As a result, the inorganic light absorbing guide layer 23 does not necessarily have to have a band gap, that is, it can absorb the full spectrum of sunlight or various kinds of light.

3A ist ein schematisches Diagramm, das die Grundstruktur einer Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung 2' und ein Verfahren zur photoelektrischen Umwandlung dafür gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung 2' und das Verfahren zur photoelektrischen Umwandlung ähneln der Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung 2 und dem Verfahren zur photoelektrischen Umwandlung, wie in 2 beschrieben, wobei die Hauptunterschiede zwischen ihnen im Folgenden genannt sind. 3A 12 is a schematic diagram showing the basic structure of a hot-carrier photoelectric conversion device 2' and a photoelectric conversion method therefor according to a second embodiment of the present invention. The hot-carrier photoelectric conversion device 2' and the photoelectric conversion method are similar to the hot-carrier photoelectric conversion device 2 and the photoelectric conversion method as in FIG 2 described, with the main differences between them being mentioned below.

Wie in 3A gezeigt, umfasst die Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung 2' ferner eine erste Halbleiterschicht 24 und eine zweite Halbleiterschicht 25, die aus einem N-Halbleiter oder P-Halbleiter hergestellt sind.As in 3A 1, the hot-carrier photoelectric conversion device 2' further includes a first semiconductor layer 24 and a second semiconductor layer 25 made of N-type semiconductor or P-type semiconductor.

Die erste Halbleiterschicht 24 ist auf der P-Halbleiterschicht 21 gebildet und umfasst ein drittes Valenzband 241, ein drittes Leitungsband 242 und eine dritte Bandlücke 243, die zwischen dem dritten Valenzband 241 und dem dritten Leitungsband 242 gebildet ist. Das Energieniveau des dritten Leitungsbandes 242 der ersten Halbleiterschicht 24 ist niedriger als das erste Valenzband 211 der P-Halbleiterschicht 21, sodass ein erster Energieniveaukanal 261 zwischen dem dritten Leitungsband 242 und dem ersten Valenzband 211 gebildet wird. Das erste Loch 271b zu einem vierten Loch 274b und dergleichen können durch den ersten Energieniveaukanal 261 hindurch auf den äußeren Kreis 28 geleitet werden, wodurch eine große Menge energiereicher Hot-Carrier erhalten wird (das erste Loch 271b zu dem vierten Loch 274b und dergleichen). Eine P-Halbleiterschicht mit einem energiereicheren ersten Leitungsband 212 kann gewählt werden, um Elektronen daran zu hindern, in die P-Halbleiterschicht einzudiffundieren, wodurch die gesammelten Ladungsträger reduziert werden könnten.The first semiconductor layer 24 is formed on the P-type semiconductor layer 21 and includes a third valence band 241 , a third conduction band 242 and a third band gap 243 formed between the third valence band 241 and the third conduction band 242 . The energy level of the third conduction band 242 of the first semiconductor layer 24 is lower than the first valence band 211 of the P-type semiconductor layer 21, so that a first energy level channel 261 is formed between the third conduction band 242 and the first valence band 211. The first hole 271b to a fourth hole 274b and the like can be passed onto the outer circle 28 through the first energy level channel 261, thereby obtaining a large amount of high-energy hot carriers (the first hole 271b to the fourth hole 274b and the like). A P-type semiconductor layer with a higher energy first conduction band 212 can be chosen to prevent electrons from diffusing into the P-type semiconductor layer, which could reduce the collected charge carriers.

Des Weiteren, wenn die Energie des vierten Lochs 274b größer ist als das Energieniveau des ersten Energieniveaukanals 261, kann das vierte Loch 274b nicht durch die erste Halbleiterschicht 24 oder die dritte Bandlücke 243 hindurchtreten. In diesem Fall kann die Energie zwischen einem energieärmeren dritten Loch 273b und dem energiereicheren vierten Loch 274b umverteilt werden, sodass das vierte Loch 274b durch den ersten Energieniveaukanal 261 hindurch auf den äußeren Kreis 28 geleitet werden kann. Als solches kann die Anzahl der Löcher, die auf den äußeren Kreis 28 geleitet werden, erhöht werden.Furthermore, when the energy of the fourth hole 274b is larger than the energy level of the first energy level channel 261, the fourth hole 274b cannot penetrate through the first semiconductor layer 24 or the third band gap 243. FIG. In this case, the energy can be redistributed between a lower-energy third hole 273b and the higher-energy fourth hole 274b, so that the fourth hole 274b can be directed to the outer circle 28 through the first energy-level channel 261 . As such, the number of holes directed onto the outer circle 28 can be increased.

In gleicher Weise, wenn die Energie des zweiten Lochs 272b größer als das Energieniveau des ersten Energieniveaukanals 261 ist, kann das zweite Loch 272b nicht durch die erste Halbleiterschicht 24 oder die dritte Bandlücke 243 hindurchtreten. In diesem Fall kann die Energie zwischen einem energieärmeren Loch und dem energiereicheren zweiten Loch 272b umverteilt werden, sodass das zweite Loch 272b durch den ersten Energieniveaukanal 261 hindurch auf den äußeren Kreis 28 geleitet werden kann, wodurch die Anzahl der Löcher, die auf den äußeren Kreis 28 geleitet werden können, erhöht wird.Likewise, when the energy of the second hole 272b is larger than the energy level of the first energy level channel 261, the second hole 272b cannot penetrate through the first semiconductor layer 24 or the third band gap 243. In this case, the energy can be redistributed between a lower-energy hole and the higher-energy second hole 272b, so that the second hole 272b can be directed through the first energy level channel 261 onto the outer circle 28, thereby reducing the number of holes on the outer circle 28 can be conducted is increased.

Außerdem ist die zweite Halbleiterschicht 25 auf der N-Halbleiterschicht 22 gebildet und umfasst ein viertes Valenzband 251, ein viertes Leitungsband 252 und eine vierte Bandlücke 253, die zwischen dem vierten Valenzband 251 und dem vierten Leitungsband 252 gebildet ist. Das Energieniveau des vierten Valenzbandes 251 der zweiten Halbleiterschicht 25 ist höher als das zweite Leitungsband 222 der N-Halbleiterschicht 22, sodass ein zweiter Energieniveaukanal 262 zwischen dem vierten Valenzband 251 und dem zweiten Leitungsband 222 gebildet ist. Das erste Elektron 271a zu einem vierten Elektron 274a und dergleichen können durch den zweiten Energieniveaukanal 262 hindurch auf den äußeren Kreis 28 geleitet werden, wodurch eine große Menge energiereicher Hot-Carrier erhalten wird (das erste Elektron 271a zu dem vierten Elektron 274a und dergleichen). Eine N-Halbleiterschicht mit einem energieärmeren zweiten Valenzband 221 kann gewählt werden, um Löcher daran zu hindern, in die N-Halbleiterschicht einzudiffundieren, was die gesammelten Ladungsträger reduzieren könnte.In addition, the second semiconductor layer 25 is formed on the N-type semiconductor layer 22 and includes a fourth valence band 251 , a fourth conduction band 252 , and a fourth band gap 253 formed between the fourth valence band 251 and the fourth conduction band 252 . The energy level of the fourth valence band 251 of the second semiconductor layer 25 is higher than the second conduction band 222 of the N-type semiconductor layer 22, so that a second energy level channel 262 is formed between the fourth valence band 251 and the second conduction band 222. The first electron 271a to a fourth electron 274a and the like can be conducted to the outer circle 28 through the second energy level channel 262, thereby obtaining a large amount of high-energy hot carriers (the first electron 271a to the fourth electron 274a and the like). An N-type semiconductor layer with a lower energy second valence band 221 can be chosen to prevent holes from diffusing into the N-type semiconductor layer, which could reduce the collected charge carriers.

Des Weiteren, wenn die Energie des dritten Elektrons 273a größer als das Energieniveau des zweiten Energieniveaukanals 262 ist, kann das dritte Elektron 273a nicht durch die zweite Halbleiterschicht 25 oder die vierte Bandlücke 253 hindurchtreten. In diesem Fall kann die Energie zwischen einem energieärmeren vierten Elektron 274a und dem energiereicheren dritten Elektron 273a umverteilt werden, sodass das dritte Elektron 273a durch den zweiten Energieniveaukanal 262 auf den äußeren Kreis 28 geleitet werden kann, wodurch die Anzahl von Elektronen, die auf den äußeren Kreis 28 geleitet werden können, erhöht wird.Furthermore, when the energy of the third electron 273a is larger than the energy level of the second energy level channel 262, the third electron 273a cannot pass through the second semiconductor layer 25 or the fourth band gap 253. FIG. In this case, the energy can be redistributed between a lower-energy fourth electron 274a and the higher-energy third electron 273a, so that the third electron 273a can be passed through the second energy level channel 262 onto the outer circle 28, thereby increasing the number of electrons released onto the outer Circle 28 can be conducted is increased.

In gleicher Weise, wenn die Energie des ersten Elektrons 271a größer als das Energieniveau des zweiten Energieniveaukanals 262 ist, kann das erste Elektron 271a nicht durch die zweite Halbleiterschicht 25 oder die vierte Bandlücke 253 hindurchtreten. In diesem Fall kann die Energie zwischen einem energieärmeren Elektron und dem energiereicheren ersten Elektron 271a umverteilt werden, sodass das erste Elektron 271a durch den zweiten Energieniveaukanal 262 hindurch auf den äußeren Kreis 28 geleitet werden kann, wodurch die Anzahl von Elektronen, die auf den äußeren Kreis 28 geleitet werden können, erhöht wird.Likewise, when the energy of the first electron 271a is larger than the energy level of the second energy level channel 262, the first electron 271a cannot pass through the second semiconductor layer 25 or the fourth band gap 253. In this case, the energy can be redistributed between a lower-energy electron and the higher-energy first electron 271a, so that the first electron 271a can be passed through the second energy level channel 262 onto the outer circle 28, thereby reducing the number of electrons falling onto the outer circle 28 can be conducted is increased.

In der zweiten Ausführungsform kann die Energieumverteilung gleichzeitig sowohl auf die Elektronen als auch die Löcher oder nur auf die Elektronen oder die Löcher angewendet werden. Da Elektronen im Allgemeinen über einen breiteren Energiebereich verteilt sind, wird Energieumverteilung in der Praxis üblicherweise auf Elektronen angewendet, wodurch der Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung 2' ermöglicht wird, mehr Hot-Carrier (Elektronen) zu erzeugen.In the second embodiment, the energy redistribution can be applied to both the electrons and the holes at the same time, or only to the electrons or the holes. In practice, since electrons are generally distributed over a broader energy range, energy redistribution is commonly applied to electrons, thereby allowing the hot carrier photoelectric conversion device 2' to generate more hot carriers (electrons).

3B und 3C sind schematische Diagramme, die Alternativen der Grundstruktur einer Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung 2' und das photoelektrische Umwandlungsverfahren dafür gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Die Hot-Carrier-Vorrichtungen zur photoelektrischen Umwandlung 2' aus 3B und 3C gleichen der in 3A beschriebenen Vorrichtung, weisen jedoch einige nachfolgend genannte Unterschiede auf. 3B and 3C 12 are schematic diagrams showing alternatives of the basic structure of a hot carrier photoelectric conversion device 2' and the photoelectric conversion method therefor according to the second embodiment of the present invention. The hot carrier photoelectric conversion devices 2' 3B and 3C same of in 3A described device, but have some differences mentioned below.

Wie in 3A gezeigt, ist die erste Halbleiterschicht 24 auf der P-Halbleiterschicht 21 gebildet, wohingegen, wie in 3B gezeigt, die erste Halbleiterschicht 24 zwischen der P-Halbleiterschicht 21 und der anorganischen lichtabsorbierenden Leitschicht 23 gebildet ist.As in 3A 1, the first semiconductor layer 24 is formed on the P type semiconductor layer 21, whereas, as shown in FIG 3B 1, the first semiconductor layer 24 is formed between the P-type semiconductor layer 21 and the inorganic light absorbing guide layer 23. As shown in FIG.

In gleicher Weise, wie in 3A gezeigt, ist die zweite Halbleiterschicht 25 auf der N-Halbleiterschicht 22 gebildet, wohingegen, wie in 3B dargestellt, die zweite Halbleiterschicht 25 zwischen der N-Halbleiterschicht 22 und der anorganischen lichtabsorbierenden Leitschicht 23 gebildet ist.In the same way as in 3A 1, the second semiconductor layer 25 is formed on the N-type semiconductor layer 22, whereas, as shown in FIG 3B As shown, the second semiconductor layer 25 is formed between the N-type semiconductor layer 22 and the inorganic light absorbing guide layer 23 .

Das heißt, dass die Reihenfolge der ersten Halbleiterschicht 24 und der P-Halbleiterschicht 21 umgekehrt werden kann. Des Weiteren kann die Reihenfolge der zweiten Halbleiterschicht 25 und der N-Halbleiterschicht 22 umgekehrt werden. Drei Ausführungsformen hinsichtlich der vorstehenden Reihenfolgen sind in 3A, 3B und 3C dargestellt. Gemäß der vorliegenden Erfindung können mehr als 3 Zusammenstellungen aus den vorstehenden Offenbarungen abgeleitet werden.That is, the order of the first semiconductor layer 24 and the P type semiconductor layer 21 can be reversed. Furthermore, the Rei due to the second semiconductor layer 25 and the N-type semiconductor layer 22 being reversed. Three embodiments with regard to the above orders are in 3A , 3B and 3C shown. According to the present invention, more than 3 compilations can be derived from the above disclosures.

4A stellt eine Alternative der P-Halbleiterschicht 21 und der ersten Halbleiterschicht 24 der vorliegenden Erfindung dar, die anstelle der P-Halbleiterschicht 21 und der ersten Halbleiterschicht 24 verwendet werden können, wie in 3 gezeigt. Die P-Halbleiterschichten 21 und die ersten Halbleiterschichten 24, wie in 4A und 3 gezeigt, sind gleichartig, weisen jedoch einige nachfolgend genannte Unterschiede auf. 4A FIG. 14 represents an alternative of the P-type semiconductor layer 21 and the first semiconductor layer 24 of the present invention, which can be used in place of the P-type semiconductor layer 21 and the first semiconductor layer 24 as in FIG 3 shown. The P type semiconductor layers 21 and the first semiconductor layers 24 as in FIG 4A and 3 shown are similar but have some differences as noted below.

Wie in 4A gezeigt, kann, für die P-Halbleiterschicht 21 und die erste Halbleiterschicht 24, wenn das dritte Leitungsband 242 der ersten Halbleiterschicht 24 höher als das erste Valenzband 211 der P-Halbleiterschicht 21 ist, das erste Loch 271b auf dem ersten Valenzband 211 der P-Halbleiterschicht 21 theoretisch nicht direkt durch die erste Halbleiterschicht 24 hindurchgehen. Jedoch kann, wenn der Energieunterschied zwischen dem dritten Leitungsband 242 der ersten Halbleiterschicht 24 und dem ersten Valenzband 211 der P-Halbleiterschicht 21 geringer als 0,1-0,2 eV ist, das erste Loch 271b durch Phononenzusammenstoß auf das dritte Leitungsband 242 der ersten Halbleiterschicht 24 springen, wo es durch das dritte Leitungsband 242 oder einen Energieniveaukanal hindurch zu dem äußeren Kreis 28 geleitet wird.As in 4A As shown, for the P type semiconductor layer 21 and the first semiconductor layer 24, when the third conduction band 242 of the first semiconductor layer 24 is higher than the first valence band 211 of the P type semiconductor layer 21, the first hole 271b on the first valence band 211 of the P type Semiconductor layer 21 theoretically not go directly through the first semiconductor layer 24. However, when the energy difference between the third conduction band 242 of the first semiconductor layer 24 and the first valence band 211 of the P-type semiconductor layer 21 is less than 0.1-0.2 eV, the first hole 271b can hit the third conduction band 242 of the first by phonon collision Semiconductor layer 24 jumps where it is conducted to outer circuit 28 through third conduction band 242 or an energy level channel.

Zusätzlich, was das energieärmere dritte Loch 273b und das energiereichere vierte Loch 274b betrifft, die nicht auf dem ersten Valenzband 211 der P-Halbleiterschicht 21 sind, können diese ebenfalls durch Energieumverteilung auf das erste Valenzband 211 der P-Halbleiterschicht 21 bewegt werden und durch Phononenzusammenstoß auf das dritte Leitungsband 242 der ersten Halbeiterschicht 24 springen, wodurch sowohl dem dritten Loch 273b als auch dem vierten Loch 274b ermöglicht wird, über das dritte Leitungsband 242 oder den ersten Energieniveaukanal 261 auf den externen Kreis 28 geleitet zu werden.In addition, as for the lower-energy third hole 273b and higher-energy fourth hole 274b that are not on the first valence band 211 of the P-type semiconductor layer 21, they can also be moved to the first valence band 211 of the P-type semiconductor layer 21 by energy redistribution and by phonon collision jump onto the third conduction band 242 of the first semiconductor layer 24, thereby allowing both the third hole 273b and the fourth hole 274b to be conducted onto the external circuit 28 via the third conduction band 242 or the first energy level channel 261.

Aus 3A und 4A wird ersichtlich, dass die Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung 2' der vorliegenden Erfindung die entsprechende P-Halbleiterschicht 21 und die erste Halbleiterschicht 24 zum Sammeln von Löchern (Hot-Carriern) wählen kann.the end 3A and 4A 1, it is apparent that the hot carrier photoelectric conversion device 2' of the present invention can select the corresponding P type semiconductor layer 21 and the first semiconductor layer 24 for collecting holes (hot carriers).

4B ist ein schematisches Diagramm, das eine Alternative der N-Halbleiterschicht 22 und der zweiten Halbleiterschicht 25 der vorliegenden Erfindung darstellt, die verwendet werden kann, um die N-Halbleiterschicht 22 und die zweite Halbleiterschicht 25 zu ersetzen, wie in 3 gezeigt. Die N-Halbleiterschicht 22 und die zweite Halbleiterschicht 25, wie in 4B und 3 gezeigt, sind gleichartig, weisen jedoch einige nachfolgend genannte Unterschiede auf. 4B 12 is a schematic diagram illustrating an alternative of the N-type semiconductor layer 22 and the second semiconductor layer 25 of the present invention that can be used to replace the N-type semiconductor layer 22 and the second semiconductor layer 25 as in FIG 3 shown. The N-type semiconductor layer 22 and the second semiconductor layer 25 as in FIG 4B and 3 shown are similar but have some differences as noted below.

Wie in 4B gezeigt, kann, für die N-Halbleiterschicht 22 und die zweite Halbleiterschicht 25, wenn das vierte Valenzband 251 der zweiten Halbleiterschicht 25 niedriger als das zweite Leitungsband 222 der N-Halbleiterschicht 22 ist, das erste Elektron 271a auf dem zweiten Leitungsband 222 der N-Halbleiterschicht 22 theoretisch nicht direkt durch die zweite Halbleiterschicht 25 hindurchtreten. Jedoch, wenn der Energieunterschied zwischen dem vierten Valenzband 251 der zweiten Halbleiterschicht 25 und dem zweiten Leitungsband 222 der N-Halbleiterschicht 22 geringer als 0,1-0,2 eV ist, kann das erste Elektron 271a durch Phononenzusammenstoß auf das vierte Valenzband 251 der zweiten Halbleiterschicht 25 springen, wo es durch das vierte Valenzband 251 oder einen Energieniveaukanal hindurch zu dem äußeren Kreis 28 geleitet wird.As in 4B As shown, for the N type semiconductor layer 22 and the second semiconductor layer 25, when the fourth valence band 251 of the second semiconductor layer 25 is lower than the second conduction band 222 of the N type semiconductor layer 22, the first electron 271a on the second conduction band 222 of the N Theoretically, the semiconductor layer 22 cannot pass directly through the second semiconductor layer 25 . However, when the energy difference between the fourth valence band 251 of the second semiconductor layer 25 and the second conduction band 222 of the N-type semiconductor layer 22 is less than 0.1-0.2 eV, the first electron 271a can by phonon collision to the fourth valence band 251 of the second Jump semiconductor layer 25 where it is conducted to outer circuit 28 through fourth valence band 251 or an energy level channel.

Zusätzlich, was das energiereichere dritte Elektron 273a und das energieärmere vierte Elektron 274a betrifft, die nicht auf dem zweiten Leitungsband 222 der N-Halbleiterschicht 22 sind, können diese ebenfalls durch Energieumverteilung auf das vierte Valenzband 251 der N-Halbleiterschicht 22 bewegt werden und durch Phononenzusammenstoß auf das vierte Valenzband 251 der zweiten Halbeiterschicht 25 springen, wodurch sowohl dem dritten Elektron 273a als auch dem vierten Elektron 274a ermöglicht wird, über das vierte Leitungsband 251 oder einen Energieniveaukanal auf den externen Kreis 28 geleitet zu werden.In addition, as for the higher-energy third electron 273a and lower-energy fourth electron 274a that are not on the second conduction band 222 of the N-type semiconductor layer 22, they can also be moved to the fourth valence band 251 of the N-type semiconductor layer 22 by energy redistribution and by phonon collision jump to the fourth valence band 251 of the second semiconductor layer 25, thereby allowing both the third electron 273a and the fourth electron 274a to be conducted to the external circuit 28 via the fourth conduction band 251 or an energy level channel.

Aus 3A und 4B oben wird ersichtlich, dass die Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung 2' der vorliegenden Erfindung die entsprechende N-Halbleiterschicht 22 und die zweite Halbleiterschicht 25 zum Sammeln von Elektronen (Hot-Carriern) wählen kann.the end 3A and 4B As seen above, the hot carrier photoelectric conversion device 2' of the present invention can select the corresponding N type semiconductor layer 22 and the second semiconductor layer 25 for collecting electrons (hot carriers).

In 4A und 4B kann die Energieumverteilung gleichzeitig sowohl auf die Elektronen als auch die Löcher oder nur auf die Elektronen oder die Löcher angewendet werden. Da Elektronen im Allgemeinen über einen breiteren Energiebereich verteilt sind, wird eine Energieumverteilung in der Praxis üblicherweise auf Elektronen angewendet, wodurch der Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung 2' ermöglicht wird, mehr Hot-Carrier (Elektronen) zu erzeugen.In 4A and 4B the energy redistribution can be applied simultaneously to both the electrons and the holes, or only to the electrons or the holes. In practice, since electrons are generally distributed over a broader energy range, energy redistribution is commonly applied to electrons, thereby allowing the hot carrier photoelectric conversion device 2' to generate more hot carriers (electrons).

5 zeigt ein schematisches Diagramm einer Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung 2'' und das Verfahren zur photoelektrischen Umwandlung dafür zur Erläuterung einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 5 gezeigt, kann die Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung 2'' eine das elektrische Feld verstärkende P-Schicht 23a und das elektrische Feld verstärkende N-Schicht 23b umfassen. 5 Fig. 12 is a schematic diagram of a hot-carrier photoelectric conversion device 2'' and the photoelectric conversion method therefor for explaining a third embodiment of the present invention. As in 5 As shown, the hot carrier photoelectric conversion device 2″ may include a P electric field enhancing layer 23a and an N electric field enhancing layer 23b.

Das Material der das elektrische Feld verstärkenden P-Schicht kann MoO3 oder MoOx sein. Sie kann zwischen der P-Halbleiterschicht 21 und der anorganischen lichtabsorbierenden Leitschicht 23 gebildet sein, um die Stärke des inneren elektrischen Feldes zwischen der P-Halbleiterschicht 21 und der anorganischen lichtabsorbierenden Leitschicht 23 zu verstärken, wodurch es Hot-Carriern wie dem ersten Loch 271b und dergleichen ermöglicht wird, schnell auf die P-Halbleiterschicht 21 abgetrennt zu werden.The material of the electric field enhancing P-layer can be MoO 3 or MoO x . It may be formed between the P-type semiconductor layer 21 and the inorganic light-absorbing guide layer 23 to enhance the strength of the internal electric field between the P-type semiconductor layer 21 and the inorganic light-absorbing guide layer 23, thereby avoiding hot carriers such as the first hole 271b and the like is allowed to be quickly separated onto the p-type semiconductor layer 21 .

Das Material der das elektrische Feld verstärkenden N-Schicht kann PFN (Poly[(9,9-bis-(3'-(N,N-dimethylamino)propyl)-2,7-fluoren)-alt-2,7-(9,9-dioctylfluoren)]) sein. Sie kann zwischen der N-Halbleiterschicht 22 und der anorganischen lichtabsorbierenden Leitschicht 23 gebildet sein, um die Stärke des inneren elektrischen Feldes zwischen der N-Halbleiterschicht 22 und der anorganischen lichtabsorbierenden Leitschicht 23 zu verstärken, wodurch es Hot-Carriern wie dem ersten Elektron 271a und dergleichen ermöglicht wird, schnell auf die N-Halbleiterschicht 22 abgetrennt zu werden.The material of the electric field enhancing N-layer can be PFN (poly[(9,9-bis-(3'-(N,N-dimethylamino)propyl)-2,7-fluorene)-alt-2,7-( 9,9-dioctylfluorene)]). It may be formed between the N-type semiconductor layer 22 and the inorganic light-absorbing guide layer 23 to enhance the strength of the internal electric field between the N-type semiconductor layer 22 and the inorganic light-absorbing guide layer 23, thereby preventing hot carriers such as the first electron 271a and the like is allowed to be rapidly separated onto the N-type semiconductor layer 22.

Dadurch kann die Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung 2'' der vorliegenden Erfindung eine große Anzahl von Hot-Carriern mit einer hohen Leerlaufspannung und einer hohen Stromstärke wie beispielsweise das erste Elektron 271a und das erste Loch 271b erzeugen. Diese Hot-Carrier wie das erste Elektron 271a und das erste Loch 271b werden ferner durch das innere elektrische Feld, Energieniveaukanäle, Phononenzusammenstoß und/oder Energieumverteilung auf den äußeren Kreis 28 geleitet, wie in 2 bis 4B vorstehend beschrieben.Thereby, the hot carrier photoelectric conversion device 2'' of the present invention can generate a large number of hot carriers having a high open circuit voltage and a high current such as the first electron 271a and the first hole 271b. These hot carriers like the first electron 271a and the first hole 271b are further directed to the outer circuit 28 by the inner electric field, energy level channels, phonon collision and/or energy redistribution as in 2 until 4B described above.

Gemäß dem beschreibenden Beispiel der vorliegenden Erfindung können die vorstehend diskutierten Materialien zum Verstärken des elektrischen Feldes andere als MoOx oder PFN sein. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf MoOx oder PFN beschränkt, sondern schließt auch andere Materialien ein.In accordance with the descriptive example of the present invention, the electric field enhancing materials discussed above may be other than MoO x or PFN. The present invention is not limited to MoO x or PFN but also includes other materials.

Aus dem Vorstehenden wird ersichtlich, dass die Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung und das Verfahren zur photoelektrischen Umwandlung der vorliegenden Erfindung wenigstens die folgenden Vorteile aufweisen.

  1. (1) Da die anorganische lichtabsorbierende Leitschicht keine Bandlücke einer P- oder N-Halbleiterschicht, wie die vom Stand der Technik, aufweist, kann die anorganische lichtabsorbierende Leitschicht der vorliegenden Erfindung, die zwischen der P-Halbleiterschicht und der N-Halbleiterschicht gebildet ist, Photonen beliebiger Wellenlängen absorbieren, wodurch die Menge der absorbierten Photonen erhöht wird, sodass große Mengen von Elektronen und Löchern erzeugt werden.
  2. (2) Die Dicke der anorganischen lichtabsorbierenden Leitschicht ist sehr dünn - 50 nm oder weniger oder kleiner als oder gleich fünf Mal die mittlere freie Weglänge der Elektronen oder Löcher innerhalb der anorganischen lichtabsorbierenden Leitschicht, sodass die Elektronen und Löcher durch das elektrische Feld oder den Diffusionseffekt ungeachtet ihrer Energie schnell auf den äußeren Kreis geleitet werden können. Als solches können die Elektronen oder die Löcher bei einer hohen Geschwindigkeit mit einem großen Einfang und geringem Energieverlust geleitet werden, wodurch große Mengen energiereicher Elektronen und Löcher (Hot-Carrier) erhalten werden und elektrische Energie mit einer hohen Leerlaufspannung und einer hohen Stromstärke erzeugt wird.
  3. (3) Ein erster Energieniveaukanal ist zwischen der P-Halbleiterschicht und der ersten Halbleiterschicht gebildet und ein zweiter Energieniveaukanal ist zwischen der N-Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht gebildet, sodass die Elektronen und die Löcher jeweils über den ersten und den zweiten Energieniveaukanal auf den äußeren Kreis geleitet werden. Dadurch können große Mengen von energiereichen Elektronen und Löchern schnell eingefangen werden, sodass die Effizienz der photoelektrischen Umwandlung gesteigert wird und elektrische Energie mit einer hohen Leerlaufspannung und einer hohen Stromstärke erzeugt wird.
  4. (4) Eine das elektrische Feld verstärkende P-Schicht und/oder eine das elektrische Feld verstärkende N-Schicht sind/ist auf einer oder beiden Seiten der anorganischen lichtabsorbierenden Leitschicht gebildet, um die Stärke des inneren elektrischen Feldes zu verstärken, sodass die Hot-Carrier (Löcher und Elektronen) jeweils schnell auf die P-Halbleiterschicht und die N-Halbleiterschicht abgetrennt werden können.
From the foregoing, it is apparent that the hot-carrier photoelectric conversion device and the photoelectric conversion method of the present invention have at least the following advantages.
  1. (1) Since the inorganic light absorbing guide layer does not have a band gap of a P or N type semiconductor layer like that of the prior art, the inorganic light absorbing guide layer of the present invention formed between the P type semiconductor layer and the N type semiconductor layer can Absorb photons of any wavelength, increasing the amount of photons absorbed, creating large amounts of electrons and holes.
  2. (2) The thickness of the inorganic light-absorbing guide layer is very thin - 50nm or less, or less than or equal to five times the mean free path of the electrons or holes within the inorganic light-absorbing guide layer, so the electrons and holes by the electric field or diffusion effect regardless of their energy, can be quickly directed to the outer circle. As such, the electrons or the holes can be conducted at a high speed with a large capture and low energy loss, thereby obtaining large amounts of energetic electrons and holes (hot carriers) and generating electrical energy with a high open circuit voltage and a high current.
  3. (3) A first energy level channel is formed between the P type semiconductor layer and the first semiconductor layer, and a second energy level channel is formed between the N type semiconductor layer and the second semiconductor layer, so that the electrons and the holes respectively via the first and second energy level channels on the outer circle. This allows large amounts of high-energy electrons and holes to be captured quickly, increasing photoelectric conversion efficiency and generating electric power with a high open-circuit voltage and high current.
  4. (4) A P electric field enhancing layer and/or an N electric field enhancing layer is/are formed on one or both sides of the inorganic light absorbing guide layer to enhance the strength of the internal electric field so that the hot Carriers (holes and electrons) can be quickly separated on the P-type semiconductor layer and the N-type semiconductor layer, respectively.

Claims (21)

Eine Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung (2, 2'), umfassend: eine P-Halbleiterschicht (21); eine N-Halbleiterschicht (22); eine anorganische lichtabsorbierende Leitschicht (23), die zwischen der P-Halbleiterschicht (21) und der N-Halbleiterschicht (22) gebildet ist; und eine zweite Halbleiterschicht (25), die auf der N-Halbleiterschicht (22) gebildet ist oder zwischen der N-Halbleiterschicht (22) und der anorganischen lichtabsorbierenden Leitschicht (23) gebildet ist, wobei mindestens eine der P-Halbleiterschicht (21) und der N-Halbleiterschicht (22) eine transparente oder teiltransparente Halbleiterschicht ist, wobei das Valenzband (251) der zweiten Halbleiterschicht (25) ein Energieniveau aufweist, das höher als das Energieniveau des Leitungsbandes (222) der N-Halbleiterschicht (22) ist, oder wobei das Valenzband (251) der zweiten Halbleiterschicht (25) ein Energieniveau aufweist, das niedriger als das Energieniveau des Leitungsbandes (222) der N-Halbleiterschicht (22) ist, und die Energiedifferenz zwischen dem Valenzband (251) der zweiten Halbleiterschicht (25) und dem Leitungsband (222) der N-Halbleiterschicht (22) geringer als 0,2 eV ist.A hot carrier photoelectric conversion device (2, 2') comprising: a P-type semiconductor layer (21); an N-type semiconductor layer (22); an inorganic light-absorbing guiding layer (23), formed between the P-type semiconductor layer (21) and the N-type semiconductor layer (22); and a second semiconductor layer (25) formed on the N-type semiconductor layer (22) or formed between the N-type semiconductor layer (22) and the inorganic light-absorbing guide layer (23), wherein at least one of the p-semiconductor layer (21) and the n-semiconductor layer (22) is a transparent or partially transparent semiconductor layer, wherein the valence band (251) of the second semiconductor layer (25) has an energy level higher than the energy level of the conduction band (222) of the N-type semiconductor layer (22), or wherein the valence band (251) of the second semiconductor layer (25) has an energy level which is lower than the energy level of the conduction band (222) of the N-type semiconductor layer (22), and the energy difference between the valence band (251) of the second semiconductor layer (25) and the conduction band (222) of the N-type semiconductor layer (22) is smaller than 0.2 eV. Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung (2, 2') nach Anspruch 1, wobei mindestens eine der P-Halbleiterschicht (21) und der N-Halbleiterschicht (22) die transparente oder teiltransparente Halbleiterschicht ist, damit Photonen durch die transparente oder halbtransparente Halbleiterschicht hindurch auf die anorganische lichtabsorbierende Leitschicht (23) treten können, um die Elektronen und Löcher zu erzeugen.Hot carrier photoelectric conversion device (2, 2'). claim 1 , wherein at least one of the P-type semiconductor layer (21) and the N-type semiconductor layer (22) is the transparent or semi-transparent semiconductor layer to allow photons to pass through the transparent or semi-transparent semiconductor layer onto the inorganic light-absorbing guide layer (23) to absorb the electrons and to create holes. Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung (2, 2') nach Anspruch 1, wobei sowohl die P-Halbleiterschicht (21) als auch die N-Halbleiterschicht (22) anorganische Halbleiterschichten oder organische Halbleiterschichten sind, oder eine der P-Halbleiterschicht (21) und der N-Halbleiterschicht (22) eine anorganische Halbleiterschicht und die andere eine organische Halbleiterschicht ist.Hot carrier photoelectric conversion device (2, 2'). claim 1 , wherein both the P-type semiconductor layer (21) and the N-type semiconductor layer (22) are inorganic semiconductor layers or organic semiconductor layers, or one of the P-type semiconductor layer (21) and the N-type semiconductor layer (22) is an inorganic semiconductor layer and the other one organic semiconductor layer is. Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung (2, 2') nach Anspruch 1, wobei die anorganische lichtabsorbierende Leitschicht (23) aus Metall, Graphit oder Graphen hergestellt ist.Hot carrier photoelectric conversion device (2, 2'). claim 1 , wherein the inorganic light-absorbing guiding layer (23) is made of metal, graphite or graphene. Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung (2, 2') nach Anspruch 1, wobei die anorganische lichtabsorbierende Leitschicht (23) eine Dicke von weniger als 50 nm oder nicht mehr als fünf Mal eine mittlere freie Weglänge von Elektronen und Löchern innerhalb der anorganischen lichtabsorbierenden Leitschicht (23) aufweist.Hot carrier photoelectric conversion device (2, 2'). claim 1 wherein the inorganic light-absorbing guide layer (23) has a thickness of less than 50 nm or not more than five times a mean free path of electrons and holes within the inorganic light-absorbing guide layer (23). Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung (2, 2') nach Anspruch 1, die ferner eine erste Halbleiterschicht (24) umfasst, die auf der P-Halbleiterschicht (21) gebildet ist oder zwischen der P-Halbleiterschicht (21) und der anorganischen lichtabsorbierenden Leitschicht (23) gebildet ist, wobei das Leitungsband (242) der ersten Halbleiterschicht (24) ein Energieniveau aufweist, das niedriger als das Energieniveau des Valenzbandes (211) der P-Halbleiterschicht (21) ist.Hot carrier photoelectric conversion device (2, 2'). claim 1 , further comprising a first semiconductor layer (24) formed on the P-type semiconductor layer (21) or formed between the P-type semiconductor layer (21) and the inorganic light-absorbing guide layer (23), the conduction band (242) of the first Semiconductor layer (24) has an energy level which is lower than the energy level of the valence band (211) of the P-type semiconductor layer (21). Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung (2, 2') nach Anspruch 1, die ferner eine erste Halbleiterschicht (24) umfasst, die auf der P-Halbleiterschicht (21) gebildet ist oder zwischen der P-Halbleiterschicht (21) und der anorganischen lichtabsorbierenden Leitschicht (23) gebildet ist, wobei das Leitungsband (242) der ersten Halbleiterschicht (24) ein Energieniveau aufweist, das höher als das Energieniveau des Valenzbandes (211) der P-Halbleiterschicht (21) ist, und die Energiedifferenz zwischen dem Leitungsband (242) der ersten Halbleiterschicht (24) und dem Valenzband (211) der P-Halbleiterschicht (21) geringer als 0,2 eV ist.Hot carrier photoelectric conversion device (2, 2'). claim 1 , further comprising a first semiconductor layer (24) formed on the P-type semiconductor layer (21) or formed between the P-type semiconductor layer (21) and the inorganic light-absorbing guide layer (23), the conduction band (242) of the first semiconductor layer (24) has an energy level higher than the energy level of the valence band (211) of the P type semiconductor layer (21), and the energy difference between the conduction band (242) of the first semiconductor layer (24) and the valence band (211) of the P - Semiconductor layer (21) is less than 0.2 eV. Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung (2, 2') nach Anspruch 1, die ferner eine das elektrische Feld verstärkende P-Schicht (23a) umfasst, die zwischen der P-Halbleiterschicht (21) und der anorganischen lichtabsorbierenden Leitschicht (23) gebildet ist.Hot carrier photoelectric conversion device (2, 2'). claim 1 further comprising a P-type electric field enhancing layer (23a) formed between the P-type semiconductor layer (21) and the inorganic light absorbing guide layer (23). Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung (2, 2') nach Anspruch 1, die ferner eine das elektrische Feld verstärkende N-Schicht (23b) umfasst, die zwischen der N-Halbleiterschicht (22) und der anorganischen lichtabsorbierenden Leitschicht (23) gebildet ist.Hot carrier photoelectric conversion device (2, 2'). claim 1 further comprising an N-type electric field enhancing layer (23b) formed between said N-type semiconductor layer (22) and said inorganic light absorbing guide layer (23). Hot-Carrier-Verfahren zur photoelektrischen Umwandlung, das folgende Schritte umfasst: Bereitstellen einer Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung (2, 2'), die eine P-Halbleiterschicht (21), eine N-Halbleiterschicht (22) und eine anorganische lichtabsorbierende Leitschicht (23), die zwischen der P-Halbleiterschicht (21) und der N-Halbleiterschicht (22) gebildet ist, umfasst; Absorbieren von Photonen durch die anorganische lichtabsorbierende Leitschicht (23), um Elektronen und Löcher zu erzeugen; jeweiliges Verschieben der Elektronen und Löcher auf die N-Halbleiterschicht (22) und die P-Halbleiterschicht (21) durch ein elektrisches Feld oder Diffusion, sodass die Elektronen und die Löcher jeweils nach außen geleitet werden, um elektrische Energie zu erzeugen; und Bilden einer zweiten Halbleiterschicht (25) auf der N-Halbleiterschicht (22) oder zwischen der N-Halbleiterschicht (22) und der anorganischen lichtabsorbierenden Leitschicht (23), wobei mindestens eine der P-Halbleiterschicht (21) und der N-Halbleiterschicht (22) eine transparente oder teiltransparente Halbleiterschicht ist, wobei das Valenzband (251) der zweiten Halbleiterschicht (25) ein Energieniveau aufweist, das höher als das Energieniveau des Leitungsbandes (222) der N-Halbleiterschicht (22) ist, oder wobei das Valenzband (251) der zweiten Halbleiterschicht (25) ein Energieniveau aufweist, das niedriger als das Energieniveau des Leitungsbandes (222) der N-Halbleiterschicht (22) ist, und die Energiedifferenz zwischen dem Valenzband (251) der zweiten Halbleiterschicht (25) und dem Leitungsband (222) der N-Halbleiterschicht (22) geringer als 0,2 eV ist.A hot-carrier photoelectric conversion method, comprising the steps of: providing a hot-carrier photoelectric conversion device (2, 2') having a P-type semiconductor layer (21), an N-type semiconductor layer (22) and an inorganic light-absorbing guide layer (23) formed between the P-type semiconductor layer (21) and the N-type semiconductor layer (22); absorbing photons by the inorganic light absorbing guide layer (23) to generate electrons and holes; shifting the electrons and holes to the n-type semiconductor layer (22) and the p-type semiconductor layer (21) respectively by an electric field or diffusion so that the electrons and the holes are respectively conducted outside to generate electric energy; and forming a second semiconductor layer (25) on the N-type semiconductor layer (22) or between the N-type semiconductor layer (22) and the inorganic light absorber conductive layer (23), at least one of the p-semiconductor layer (21) and the n-semiconductor layer (22) being a transparent or partially transparent semiconductor layer, the valence band (251) of the second semiconductor layer (25) having an energy level which is higher than is the energy level of the conduction band (222) of the N-type semiconductor layer (22), or wherein the valence band (251) of the second semiconductor layer (25) has an energy level lower than the energy level of the conduction band (222) of the N-type semiconductor layer (22) and the energy difference between the valence band (251) of the second semiconductor layer (25) and the conduction band (222) of the N-type semiconductor layer (22) is less than 0.2 eV. Hot-Carrier-Verfahren zur photoelektrischen Umwandlung nach Anspruch 10, wobei mindestens eine der P-Halbleiterschicht (21) und der N-Halbleiterschicht (22) die transparente oder teiltransparente Halbleiterschicht ist, damit die Photonen durch die transparente oder halbtransparente Halbleiterschicht hindurch auf die anorganische lichtabsorbierende Leitschicht (23) treten können, um Elektronen und Löcher zu erzeugen.Hot carrier method for photoelectric conversion claim 10 , wherein at least one of the P-type semiconductor layer (21) and the N-type semiconductor layer (22) is the transparent or semi-transparent semiconductor layer, so that the photons can pass through the transparent or semi-transparent semiconductor layer onto the inorganic light-absorbing guide layer (23) to absorb electrons and to create holes. Hot-Carrier-Verfahren zur photoelektrischen Umwandlung nach Anspruch 10, wobei sowohl die P-Halbleiterschicht (21) als auch die N-Halbleiterschicht (22) anorganische Halbleiterschichten oder organische Halbleiterschichten sind, oder eine der P-Halbleiterschicht (21) und der N-Halbleiterschicht (22) eine anorganische Halbleiterschicht und die andere eine organische Halbleiterschicht ist.Hot carrier method for photoelectric conversion claim 10 , wherein both the P-type semiconductor layer (21) and the N-type semiconductor layer (22) are inorganic semiconductor layers or organic semiconductor layers, or one of the P-type semiconductor layer (21) and the N-type semiconductor layer (22) is an inorganic semiconductor layer and the other one organic semiconductor layer is. Hot-Carrier-Verfahren zur photoelektrischen Umwandlung nach Anspruch 10, wobei die anorganische lichtabsorbierende Leitschicht (23) aus Metall, Graphit oder Graphen hergestellt ist.Hot carrier method for photoelectric conversion claim 10 , wherein the inorganic light-absorbing guiding layer (23) is made of metal, graphite or graphene. Hot-Carrier-Verfahren zur photoelektrischen Umwandlung nach Anspruch 10, wobei die anorganische lichtabsorbierende Leitschicht (23) eine Dicke von weniger als 50 nm oder nicht mehr als fünf Mal eine mittlere freie Weglänge von Elektronen und Löchern innerhalb der anorganischen lichtabsorbierenden Leitschicht (23) aufweist.Hot carrier method for photoelectric conversion claim 10 wherein the inorganic light-absorbing guide layer (23) has a thickness of less than 50 nm or not more than five times a mean free path of electrons and holes within the inorganic light-absorbing guide layer (23). Hot-Carrier-Verfahren zur photoelektrischen Umwandlung nach Anspruch 10, das ferner das Bilden einer ersten Halbleiterschicht (24) auf der P-Halbleiterschicht (21) oder zwischen der P-Halbleiterschicht(21) und der anorganischen lichtabsorbierenden Leitschicht (23) umfasst, um einen ersten Energieniveaukanal (261) zwischen dem Leitungsband (242) der ersten Halbleiterschicht (24) und dem Valenzband (211) der P-Halbleiterschicht (21) zu bilden, damit die Löcher durch den ersten Energieniveaukanal (261) hindurch auf einen äußeren Kreis (28) geleitet werden, wobei das Leitungsband (242) der ersten Halbleiterschicht (24) ein Energieniveau aufweist, das niedriger als das Energieniveau des Valenzbandes (211) der P-Halbleiterschicht (21) ist.Hot carrier method for photoelectric conversion claim 10 further comprising forming a first semiconductor layer (24) on the P-type semiconductor layer (21) or between the P-type semiconductor layer (21) and the inorganic light absorbing guide layer (23) to form a first energy level channel (261) between the conduction band (242 ) of the first semiconductor layer (24) and the valence band (211) of the P-type semiconductor layer (21) to conduct the holes through the first energy level channel (261) onto an outer circuit (28), the conduction band (242) of the first semiconductor layer (24) has an energy level lower than the energy level of the valence band (211) of the P-type semiconductor layer (21). Hot-Carrier-Verfahren zur photoelektrischen Umwandlung nach Anspruch 15, wobei, wenn die Energie der Löcher höher als das Energieniveau des ersten Energieniveaukanals (261) ist, die Energie der Löcher sich dem Energieniveau des ersten Energieniveaukanals (261) durch Energieumverteilung anpasst, sodass die Löcher durch den ersten Energieniveaukanal (261) hindurchtreten können.Hot carrier method for photoelectric conversion claim 15 , wherein when the energy of the holes is higher than the energy level of the first energy level channel (261), the energy of the holes adapts to the energy level of the first energy level channel (261) by energy redistribution so that the holes can pass through the first energy level channel (261). Hot-Carrier-Verfahren zur photoelektrischen Umwandlung nach Anspruch 10, wobei, wenn die Energie der Elektronen höher als ein Energieniveau des zweiten Energieniveaukanals (262) ist, die Energie der Elektronen sich dem Energieniveau des zweiten Energieniveaukanals (262) durch Energieumverteilung anpasst, sodass die Elektronen durch den zweiten Energieniveaukanal (262) hindurchtreten können.Hot carrier method for photoelectric conversion claim 10 , wherein when the energy of the electrons is higher than an energy level of the second energy level channel (262), the energy of the electrons adapts to the energy level of the second energy level channel (262) by energy redistribution so that the electrons can pass through the second energy level channel (262). Hot-Carrier-Verfahren zur photoelektrischen Umwandlung nach Anspruch 10, das ferner das Bilden einer ersten Halbleiterschicht (24) auf der P-Halbleiterschicht (21) oder zwischen der P-Halbleiterschicht (21) und der anorganischen lichtabsorbierenden Leitschicht (23) umfasst, wobei das Energieniveau des Leitungsbandes (242) der ersten Halbleiterschicht (24) höher als das Energieniveau des Valenzbandes (211) der P-Halbleiterschicht (21) ist und die Energiedifferenz zwischen dem Leitungsband (242) der ersten Halbleiterschicht (24) und dem Valenzband (211) der P-Halbleiterschicht (21) geringer als 0,2 eV ist.Hot carrier method for photoelectric conversion claim 10 , further comprising forming a first semiconductor layer (24) on the P-type semiconductor layer (21) or between the P-type semiconductor layer (21) and the inorganic light absorbing guide layer (23), wherein the energy level of the conduction band (242) of the first semiconductor layer ( 24) is higher than the energy level of the valence band (211) of the P-type semiconductor layer (21) and the energy difference between the conduction band (242) of the first semiconductor layer (24) and the valence band (211) of the P-type semiconductor layer (21) is less than 0 .2 eV. Hot-Carrier-Verfahren zur photoelektrischen Umwandlung nach Anspruch 10, das ferner das Bilden einer das elektrische Feld verstärkenden P-Schicht zwischen der P-Halbleiterschicht (21) und der anorganischen lichtabsorbierenden Leitschicht (23) umfasst.Hot carrier method for photoelectric conversion claim 10 and further comprising forming a P-type electric field enhancing layer between said P-type semiconductor layer (21) and said inorganic light absorbing guide layer (23). Hot-Carrier-Verfahren zur photoelektrischen Umwandlung nach Anspruch 10, das ferner das Bilden einer das elektrische Feld verstärkenden N-Schicht zwischen der N-Halbleiterschicht (22) und der anorganischen lichtabsorbierenden Leitschicht (23) umfasst.Hot carrier method for photoelectric conversion claim 10 The further comprising forming an N-type electric field enhancing layer between the N-type semiconductor layer (22) and the inorganic light absorbing guide layer (23). Eine Hot-Carrier-Vorrichtung zur photoelektrischen Umwandlung (2, 2'), umfassend: eine P-Halbleiterschicht (21); eine N-Halbleiterschicht (22); eine anorganische lichtabsorbierende Leitschicht (23), die zwischen der P-Halbleiterschicht (21) und der N-Halbleiterschicht (22) gebildet ist; und eine erste Halbleiterschicht (24), die auf der P-Halbleiterschicht (21) gebildet ist oder zwischen der P-Halbleiterschicht (21) und der anorganischen lichtabsorbierenden Leitschicht (23) gebildet ist, wobei mindestens eine der P-Halbleiterschicht (21) und der N-Halbleiterschicht (22) eine transparente oder teiltransparente Halbleiterschicht ist, wobei das Leitungsband (242) der ersten Halbleiterschicht (24) ein Energieniveau aufweist, das niedriger als das Energieniveau des Valenzbandes (211) der P-Halbleiterschicht (21) ist, oder wobei das Leitungsband (242) der ersten Halbleiterschicht (24) ein Energieniveau aufweist, das höher als das Energieniveau des Valenzbandes (211) der P-Halbleiterschicht (21) ist, und die Energiedifferenz zwischen dem Leitungsband (242) der ersten Halbleiterschicht (24) und dem Valenzband (211) der P-Halbleiterschicht (21) geringer als 0,2 eV ist.A hot-carrier photoelectric conversion device (2, 2') comprising: a P-type semiconductor layer (21); an N-type semiconductor layer (22); an inorganic light absorbing guide layer (23) formed between the P type semiconductor layer (21) and the N type semiconductor layer (22); and a first semiconductor layer (24) formed on the P-half conductive layer (21) or formed between the P-type semiconductor layer (21) and the inorganic light-absorbing conductive layer (23), at least one of the P-type semiconductor layer (21) and the N-type semiconductor layer (22) being a transparent or partially transparent semiconductor layer , wherein the conduction band (242) of the first semiconductor layer (24) has an energy level that is lower than the energy level of the valence band (211) of the P-type semiconductor layer (21), or wherein the conduction band (242) of the first semiconductor layer (24) is a has an energy level higher than the energy level of the valence band (211) of the P type semiconductor layer (21), and the energy difference between the conduction band (242) of the first semiconductor layer (24) and the valence band (211) of the P type semiconductor layer (21) is less than 0.2 eV.
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