EA016932B1 - Преобразователь электромагнитного излучения (варианты) - Google Patents
Преобразователь электромагнитного излучения (варианты) Download PDFInfo
- Publication number
- EA016932B1 EA016932B1 EA201000133A EA201000133A EA016932B1 EA 016932 B1 EA016932 B1 EA 016932B1 EA 201000133 A EA201000133 A EA 201000133A EA 201000133 A EA201000133 A EA 201000133A EA 016932 B1 EA016932 B1 EA 016932B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- conductivity
- electrode
- type
- converter according
- substrate
- Prior art date
Links
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 95
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 91
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 69
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 36
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 claims description 31
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 11
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 82
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 45
- 238000013461 design Methods 0.000 description 42
- 238000000034 method Methods 0.000 description 33
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 29
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 27
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 23
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 22
- 238000002079 electron magnetic resonance spectroscopy Methods 0.000 description 20
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 20
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 20
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 description 16
- 230000008569 process Effects 0.000 description 15
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 14
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 14
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 13
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 12
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 12
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 10
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 10
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 9
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 8
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 7
- 238000011161 development Methods 0.000 description 6
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 4
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- 244000126211 Hericium coralloides Species 0.000 description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 3
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 3
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 3
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 3
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 3
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 108091005515 EGF module-containing mucin-like hormone receptors Proteins 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000034994 death Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 208000004995 necrotizing enterocolitis Diseases 0.000 description 2
- 201000002120 neuroendocrine carcinoma Diseases 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 2
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 5-phenyl-2h-tetrazole Chemical compound C1=CC=CC=C1C1=NNN=N1 MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005653 Brownian motion process Effects 0.000 description 1
- 101100324465 Caenorhabditis elegans arr-1 gene Proteins 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018321 SbTe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000005513 bias potential Methods 0.000 description 1
- 230000002146 bilateral effect Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000005537 brownian motion Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 230000000739 chaotic effect Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 239000013068 control sample Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000012772 electrical insulation material Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 235000003642 hunger Nutrition 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000006862 quantum yield reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
- 238000004857 zone melting Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
- H01L31/035272—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/03529—Shape of the potential jump barrier or surface barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
- H01L31/0547—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the reflecting type, e.g. parabolic mirrors, concentrators using total internal reflection
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
- H01L31/061—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being of the point-contact type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
- H01L31/022433—Particular geometry of the grid contacts
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/52—PV systems with concentrators
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Изобретение относится к преобразователям электромагнитного излучения. Согласно первому варианту преобразователь содержит по меньшей мере одну собирающую область с проводимостью первого типа и по меньшей мере одну собирающую область с проводимостью второго типа, а также связанные с указанными областями первый и второй токосборные проводящие электроды. При этом на первой, воспринимающей падающее электромагнитное излучение стороне подложки с проводимостью второго типа выполнено N>1 областей с проводимостью первого типа, каждая из которых расположена относительно других областей с той же проводимостью на расстоянии F<2f, где f - величина, соизмеримая с диффузионной длиной или равная диффузионной длине неравновесных не основных носителей заряда. Согласно второму варианту преобразователь содержит одну собирающую область с проводимостью первого типа и по крайней мере одну собирающую область с проводимостью второго типа, а также связанные с указанными областями первый и второй токосборные проводящие электроды. При этом первый электрод соединен с указанной областью с проводимостью первого типа, расположенной на первой, воспринимающей падающее электромагнитное излучение стороне подложки с проводимостью второго типа, причем первый электрод содержит Т>1 участков и расстояние между каждыми двумя такими участками меньше 2f, где f - величина, соизмеримая с диффузионной длиной или равная диффузионной длине неравновесных не основных носителей заряда, и при этом указанные участки первого электрода объединены во внутренней цепи преобразователя в токовый узел посредством по крайней мере одной токопроводящей шины. В результате
Description
Изобретение относится к преобразователям электромагнитного излучения (ЭМИ), а именно к двусторонним преобразователям, в которых первая и вторая стороны полупроводниковой подложки являются приемниками напрямую преобразующих падающее излучение в электродвижущую силу (ЭДС) как в оптически видимом, так и в невидимом диапазоне частот (в ИК и ниже, УФ-излучении и выше) и может быть применено для изготовления широкополосных высокоэффективных фотоэлектрических преобразователей (ФЭП).
Уровень техники
Известные к настоящему моменту ФЭП или солнечные элементы (СЭ), фотовольтаические ячейки (ФВЯ) принимают и преобразовывают сравнительно малую часть спектра электромагнитных волн (ЭМВ) - видимого диапазона частот солнечного излучения (1014-1015 Гц), включая ограниченную часть из ИК-диапазона частот (лежащую чуть ниже частоты 1014 Гц) и малую часть из УФ-диапазона частот (чуть выше частоты 1015 Гц), достигающих земной поверхности только в освещенное время суток при удовлетворительных метеоусловиях. При этом значительная часть спектра внешнего ЭМИ, достигающая поверхности Земли, остается вне сферы преобразования.
Большинство известных ФЭП выполняются по обычной полупроводниковой технологии, согласно которой в базовом полупроводниковом материале (р или η типа проводимости) путем легирования примесей создается ρ-η-переход (Алферов Ж.И., Андреев В.М., Румянцев В.Д. Тенденции и перспективы развития солнечной энергетики//Физика и техника полупроводников, 2004, т. 38, вып. 8, с. 937-9482; Мейтин М. Фотовольтаика: материалы, технологии, перспективы//Электроника: наука, технология, бизнес, 2000, № 6, с. 40-46; Константинов П.Б., Концевой Ю.А., Максимов Ю.А. Кремниевые солнечные элементы. - Москва: изд. МИРЭА, 2005, 70 с.; Рейви К. Дефекты и примеси в полупроводниковом кремнии. - Москва: Мир, 1984, 470 с.; Заверюхин Б.Н., Заверюхина Н.Н., Турсункулов О.М. Изменения коэффициента отражения излучения от поверхности полупроводника в спектральном диапазоне λ=0,2-20 μιη под воздействием ультразвуковых волн//Письма в ЖТФ, 2002, т. 28, вып. 18, с. 1-12; Огееп М.А с1 а1. 25% Ей1сеп1 Бспу-ВехМБзу 81 Сопсеп1га1ог 8о1аг Се1к. ΙΕΕ Е1ес1гоп Иеу1се Ьейега, 1986, р. 583-585; патент 1Р 3206350 В2, приоритет от 26.01.1995; патент ВИ 2139601 С1, приоритет 04.12.1998).
Как правило, во всех конструкциях преобразователей, представляющих собой обычную диодную структуру, создается р-п-переход в виде сплошной акцепторной или одной донорной области. К р- и побластям прилегают два отдельных электрода - анод (положительный) и катод (отрицательный).
Для того чтобы такой диод работал в режиме фотовольтаической ячейки (ФВЯ) или ФЭП необходим внешний возбуждающий фактор, которым в данном случае является ЭМИ. При поглощении ЭМИ в объеме полупроводника образуются неравновесные не основные носители заряда (ННЗ) - электроннодырочные пары (ЭДП), которые разделяются посредством диффузии.
Генерированные вблизи р-п-перехода не основные носители (дырки в η-полупроводнике и электроны в р-полупроводнике при наличии градиента концентрации зарядов) диффундируют к р-ппереходу, подхватываются полем р-п-перехода и выбрасываются в полупроводник противоположного типа, проводимости, в котором они становятся основными носителями: электроны будут локализоваться в полупроводнике п типа, а дырки - в полупроводнике р типа. В результате полупроводник р типа получает избыточный положительный заряд, а полупроводник п типа - отрицательный. Между п- и ρобластями СЭ возникает контактная разность потенциалов, образующих фотоЭДС, или напряжение холостого хода. Полярность фотоЭДС соответствует прямому смещению р-п-перехода, которое понижает высоту потенциального барьера и способствует инжекции дырок из р-области в п-область и электронов из п-области в р-область. В результате действия этих двух противоположных механизмов - накопления носителей тока под действием кванта ЭМИ и их оттока из-за понижения высоты потенциального барьера - при разной интенсивности ЭМИ устанавливается разная величина фотоЭДС. Величина фотоЭДС в широком диапазоне интенсивностей освещения растет пропорционально величине логарифма интенсивности.
При этом ННЗ захватываются полем р-п-перехода, переходят в область противоположной проводимости, где они становятся основными и собираются на токосборных электродах. Возникающий при этом фототок носит диффузионный характер, а его величина считается пропорциональной площади поглощения ЭМИ.
Процессы возникновения и разделения (ННЗ) электронно-дырочных пар (ЭДП) в преобразователях являются конкурирующими с процессами их рекомбинации на поверхности и в объеме ФЭП. Рекомбинация на поверхности подложки преобразователя в несколько раз превосходит эту величину в объеме. Результат конкуренции этих двух процессов - образования ЭДП и их рекомбинации - определяет величину генерируемого фототока. Поэтому для снижения поверхностной рекомбинации в уровне развития техники, во всех без исключения преобразователях конструкция лицевой стороны представляет собой сплошную (целостную без участков разрывов) легированную или диффузионную одноименную область или участок (Оообпсй 1., СНар1е-8око1., АПепбоге О., Ггапк В. ТНе е1скей шиШр1е уегНса1 щпсбоп §Шсоп рко1оуо11аю се11//8о1аг Се11§, 1982, уо1. 6, № 1, р. 87-101; ЛЬепе А.С., АНеппаИ Р.Р., Не1/ег С., ВоЬшзоп 8.1. Ышйшд 1о§8 тесйашктк ш 23% еШаеп! §Шсоп 5о1аг се115//1. Арр1. Ркуз., 1995, уо1. 77, № 7, р. 3491;
- 1 016932 патент ΌΕ 10127382 А1, приоритет 06.06.2001; Унтила Г.Г., Кост Т.Н., Закс М.Б. и др. Новый тип высокоэффективных двусторонних кремниевых солнечных элементов с внешними шинами и проволочной контактной сеткой//Физика и техника полупроводников, 2005, т. 39, вып. 11, с. 1393-1398; патент И8 6998288 В1 от 14.02.2006).
Для образования свободных е- 11' ЭДП необходимо соблюдение следующего условия: величина энергии падающей волны, по крайней мере, в случае собственного поглощения Ε=1ν (где 1 - постоянная Планка, а ν - частота падающей волны) должна соответствовать или быть больше энергии ширины запрещенной зоны ΔΕ полупроводника: 1ιν>ΔΕ.
Для различных полупроводниковых материалов ширина запрещенной зоны (ШЗЗ) составляет: арсенид галлия (СаА§) - ΔΕ=1,43 эВ; диселенид меди и индия (Си-1и8еОВ2) - ΔΕ=1 эВ; теллурид кадмия (СбТе) - ΔΕ=1,44 эВ; кремний - ΔΕ=1,1 эВ; германий (Се ) - ΔΕ=0,72 эВ.
Полупроводники с ШЗЗ в 1,4 эВ способны преобразовывать электромагнитные волны, начиная от радиоволн УКВ диапазона (~4-107 Гц) и выше. Поскольку энергия электромагнитной волны частотой 4-107 Гц (относящейся к УКВ диапазону) составляет: 1ν=6,626·10-27 Дж-с-4-107 Гц=2,65-10-19 Дж=1,65 эВ.
Значительная часть спектра ЭМИ (ниже и выше частот видимого диапазона) не используется. Между тем эти волны, например, миллиметровой длины в достаточном количестве достигают из космоса к земной поверхности и причем в любое время суток и при любых метеоусловиях. ЭМИ гипервысоких частот, начиная с УФ-излучения, как известно, имеются в изобилии на обширном пространстве нашей планеты. Кроме того, в эфире в изобилии ЭМИ от наземных станций, которые круглосуточно рассеивают энергию в мировое пространство.
Невозможность преобразования коротковолновой области ЭМИ связана с тем, что при высокой частоте падающей волны (1015 Гц и выше) большая их часть отражается от поверхности ФЭП (чем выше уровень легирования, тем больше коэффициент отражения), при этом концентрация ННЗ и их диффузионная длина ничтожно малы, в результате чего ННЗ, образованные поглощением квантов высоких энергий, рекомбинируют в этом же слое. В случае же взаимодействия с ЭМИ длинноволновой части (ниже 1014 Гц), для которого полупроводник прозрачен, ННЗ образуются равновероятно по всему объему поглощения, градиент их концентрации ННЗ практически равен нулю и, следовательно, диффузионная составляющая тока равна нулю. Это физическое явление принципиально ограничивает все современные преобразователи, в сущности работающие на диффузионных эффектах разделения ЭДП.
Основными процессами, ограничивающими КПД полупроводниковых СЭ, являются отражение ЭМИ от поверхности преобразователя; прохождение части ЭМИ через преобразователь без поглощения в нём; рассеяние ЭМИ на тепловых колебаниях решётки избыточной энергии фотонов; рекомбинация образовавшихся ЭДП на поверхностях и в объёме преобразователя; внутреннее сопротивление преобразователя; др. рассмотренные ниже (Алферов Ж.И., Андреев В.М., Румянцев В.Д. Тенденции и перспективы развития солнечной энергетики//Физика и техника полупроводников, 2004, т. 38, вып. 8, с. 937-948; Мейтин М. Фотовольтаика: материалы, технологии, перспективы//Электроника: наука, технология, бизнес, 2000, № 6, с. 40-46; Константинов П.Б., Концевой Ю.А., Максимов Ю.А. Кремниевые солнечные элементы. - Москва: изд. МИРЭА, 2005, 70 с.).
Обычно ФЭП создается на пластине из полупроводникового материала, например кремния, по упомянутому выше способу. При этом нижний контакт преобразователя к обратной стороне, как правило, сплошной, а верхний, к освещаемой стороне выполняется в виде гребенчатой структуры (полосок шириной 100-250 мкм, соединенных относительно более широкой шиной) с расстоянием между полосами в 2000-3000 мкм при 5-10% затенении лицевой стороны преобразователя. Для создания отталкивающего поля и улучшения омического контакта поверхность пластины с обратной стороны дополнительно подлегируется.
Стандартные, сплошные преобразователи выполняются на полупроводнике р типа или η типа проводимости. В результате преобладания диффузионной составляющей тока и в виду различий в подвижности электронов е- и дырок 1' преимущество отдается подложкам из р типа кремния, в котором подвижность не основных носителей заряда (ННЗ) - электронов - в 3 раза превышает подвижность дырок.
В дальнейшем рассуждения справедливы для любого полупроводника (Се, δί, СаА§ и т.п.) р или η типа проводимости, однако в силу различий в подвижности 1' и е- обычно предпочитают кремний р типа проводимости.
При обсуждении вариантов преобразователей согласно изобретению для простоты изложения η тип проводимости условно назван первым типом, а р-проводимость - вторым типом проводимости (соответственно: область первого типа проводимости и область второго типа проводимости). При этом в преобразователях согласно изобретению обе стороны подложки могут являться приемниками ЭМИ. В связи с этим первой стороной подложки условно обозначили сторону, на которой выполнены легированные области первого типа проводимости η+, а второй стороной - противоположную, относящуюся к базовому слою второго типа проводимости р+. Соответственно электроды, которые примыкают к собирающим областям первого типа проводимости, названы первыми электродами, а электроды, примыкающие к собирающим областям второго типа проводимости - вторыми электродами.
- 2 016932
Время жизни ННЗ дырок 11' в п+-слое ничтожно мало, сильно зависит от условий диффузии и уменьшается вследствие образования дислокаций и выделения избыточного фосфора в виде δίΡпреципитатов. Слой п+ вблизи поверхности с высоким содержанием δίΡ-преципитатов обычно называют мертвым слоем, т.к. эта область электрически неактивна. При этом п+-слой отсекает высокочастотную составляющую электромагнитного спектра излучения (Рейви К. Дефекты и примеси в полупроводниковом кремнии. - Москва: Мир, 1984, 470 с.).
Высокое содержание свободных основных носителей зарядов ОНЗ - электронов в п+-слое существенно изменяет отражающую способность кремния: чем выше уровень легирования, тем выше коэффициент отражения (Заверюхин Б.Н., Заверюхина Н.Н., Турсункулов О.М. Изменения коэффициента отражения излучения от поверхности полупроводника в спектральном диапазоне λ=0,2-20 μιη под воздействием ультразвуковых волн//Письма в ЖТФ, 2002, т. 28, вып. 18, с. 1-12). Т.е. высокое содержание электронов в п+ слое является причиной отсекания значительной части коротковолнового спектра ЭМИ. Поэтому на практике для увеличения эффективности ФЭП этот слой делают по возможности тонким.
В патентной литературе известны различные технические приемы, направленные на устранение этих факторов, ограничивающих КПД. Особое внимание в проектировании и производстве СЭ уделяется оптимизации собирающего п'-слоя.
Известен метод оптимизации параметров слоя п+ (Константинов П.Б., Концевой Ю.А., Максимов Ю.А. Кремниевые солнечные элементы. - Москва: изд. МИРЭА, 2005, 70 с.). Он выполняется с тонким и невысоким уровнем легирования: диффузионно достаточно сложно избавиться от δίΡ преципитатов и обеспечить оптимальный уровень примеси. Внедрение фосфора ионным легированием позволяет обойти указанное препятствие, однако возникающие при этом нарушения в кремнии заметно снижают время жизни ННЗ е- в р-слое, ограничивая тем самым длинноволновую, красную часть спектра.
Однако глубину залегания и степень легирования п'-слоя нельзя уменьшать до сверхмалых значений, поскольку при этом увеличивается т.н. слоевое сопротивление (сопротивление растекания) и, следовательно, последовательное сопротивление преобразователя.
Известен метод увеличения контактной разности потенциалов φ0 за счет создания слоя р+ под пслоем в патенте 1Ρ 3206350 В2, приоритет от 26.01.1995 представлен СЭ, в котором под п+-слоем сформирован р+-слой для увеличения потенциала, т.е. напряжения холостого хода.
В действительности, в силу генерационно-рекомбинационных процессов на границе высоколегированных областей эта разность окажется меньше.
Известен способ снижения рекомбинации (патент КП 2139601 С1, приоритет 04.12.1998) путем увеличения времени жизни ННЗ при термических процессах: одновременная диффузия бора и фосфора из нанесенных источников (гетерирование); текстурирование лицевой поверхности; создание мелкой п+ собирающей области; КПД достигнуто до 16,6%.
Известен способ увеличения КПД за счет уменьшения последовательного сопротивления преобразователя путем создания заглубленного п+-слоя под токособирающей шиной; авторам удалось поднять КПД до 18,5%.
Известен технический прием снижения рекомбинационных потерь на поверхности путем реализации схемы металлизации типа точечные контакты, в результате чего достигнут КПД 23%.
Известен способ увеличения КПД [11] путем уменьшения оптических потерь методом фотолитографического текстурирования поверхности: использованы зонный кремний с высоким временем жизни ННЗ и высококачественный термический оксид; КПД достигнут до 23-25%.
Известен прием снижения оптических потерь путем нанесения на лицевую поверхность антиотражающих или просветляющих покрытий на основе δί3Ν4, ΤίΟ2 или других пленок с показателем преломления более 1,8 или использования прозрачного токопроводящего слоя ТСО или ΙΤΟ (являющегося одновременно антиотражающим просветляющим слоем) и использования проволочной контактной системы под слоем ламината, в результате чего достигнут КПД 17,7%.
Известен способ снижения оптических потерь с помощью мембранных преобразователей со сплошной п+-областью, выведенной на тыльную поверхность. Однако они малочувствительны в красной области спектра, технологически сложны в изготовлении и механически не прочны.
Известен преобразователь с вертикальными канавками: п'-область сплошная, требует высокого времени жизни ННЗ для обеспечения хорошей эффективности в голубой области - неравновесным электронам приходится проделать длительный путь до достижения п'-слоя; основные недостатки - это сложность технологии изготовления и дороговизна (Сообпсй 1., Сйар1е^око1, А11епбоге С., Ргапк К. Тйе е1сйеб ти1бр1е уег!1са1 ]ипс!юп §Шсоп рйоФуоИшс се11/^о1аг СеШ. 1982, уо1. 6, № 1, р. 87-101); КПД достигнут 18,5%.
Известен преобразователь (патент υδ 6998288 В1 от 14.02.2006) с лицевым отталкивающим слоем и теневой гребенчатой контактной системой, КПД которого достигает 20%. В данном случае легированный фронтальный слой не участвует в токосборе ННЗ, т. е. во внутреннем сопротивлении элемента, поэтому он может быть сформирован тонким и умеренно легированным. Реализация таких систем технически проста, но связана с рядом условий: дорогостоящий базовый материал, кремний зонной плавки, ко
- 3 016932 торый должен отвечать ряду жестких требований (высокое время жизни и высокую однородность). Т.е. требуется соблюдение всех технологических мер по сохранению времени жизни ННЗ, в противном случае эффективность в коротковолновой области спектра будет утеряна, т.к. при малых диффузионных длинах образовавшиеся ННЗ рекомбинируют в объеме, не достигнув токосборных электродов, потребуется уменьшение толщины базового полупроводника, что в свою очередь повлечет потерю в длинноволновой области спектра.
Необходимо особо отметить, что во всех конструкциях преобразователей присутствуют два общих элемента: 1) большой по площади сплошной собирающий п+-слой, 2) на этом сплошном слое размещены токопроводящие шины в виде редкой гребенки или полосок. Расстояние между шинами-полосками или зубьями гребенки делают 2-3 мм и более, а ширину полосок или зубьев гребенки - 100 мкм и больше.
Кроме того, во всех современных преобразователях за чертой преобразования остаются наиболее энергетичная и высокоэффективная УФ и выше часть спектра и низкочастотная (НЧ) - ИК-область и ниже.
Между тем преобразование УФ-части солнечного спектра и выше, особенно в области жесткого УФ и рентгеновского излучения, а также ИК-часть и ниже - и есть принципиальное решение энергетического голода космических аппаратов; а преобразование части УФ (с энергией квантов 3-5,5 эВ, беспрепятственно достигающих земной поверхности) и низких частот (НЧ) длинноволнового диапазона ЭМИ, особенно ниже видимой ИК-части солнечного спектра, могло бы привести к решению земных энергетических проблем. В целом расширение спектра преобразуемых частот приведет к кардинальному снижению себестоимости альтернативной электроэнергии.
Сущность изобретения
В связи с вышесказанными недостатками, присущими решениям, известным из уровня техники, целью изобретения явилось создание нового поколения устройств, способных преобразовывать не только обычный (видимый) диапазон частот ЭМИ, но и более широкий невидимый, отличающихся не только технически, но являющихся экономически более эффективными, дешевыми и технологически адаптируемыми в современный уровень производства.
Поставленная задача решается тем, что в преобразователе электромагнитного излучения, содержащем по меньшей мере одну собирающую область с проводимостью первого типа и по меньшей мере одну собирающую область с проводимостью второго типа, а также связанные с указанными областями первый и второй токосборные проводящие электроды, согласно первому варианту на первой, воспринимающей падающее электромагнитное излучение стороне подложки с проводимостью второго типа выполнено N>1 областей с проводимостью первого типа, каждая из которых расположена относительно других областей с той же проводимостью на расстоянии Ρ<2ί, где ί - величина, соизмеримая с диффузионной длиной или равная диффузионной длине неравновесных не основных носителей заряда.
Предпочтительно первый токосборный электрод электрически связан с каждой из указанных N областей с проводимостью первого типа.
В одном из предпочтительных случаев первый токосборный электрод имеет N участков, каждый из которых прилегает к одной из указанных N областей с первой проводимостью, причем указанные N участки первого электрода объединены посредством по крайней мере одной токопроводящей шины.
При этом указанные участки первого электрода выполнены предпочтительно в виде полос, причем ширина каждой полосковой части первого электрода предпочтительно не превышает 50 мкм. Также предпочтительно, чтобы указанные полосковые участки отстояли друг от друга на расстоянии менее 2ί.
В частном случае на первой стороне подложки между указанными участками первого электрода могут быть выполнены дискретные квантовые ловушки-углубления, имеющие в сечении пирамидальную или усеченно пирамидальную форму и расположенные на подложке вершиной вниз на расстоянии друг от друга менее 2ί.
Предпочтительно указанные квантовые ловушки-углубления имеют в плане форму продольных выемок на первой стороне преобразователя.
Предпочтительно на первой стороне подложки размещен слой прозрачного для электромагнитного излучения диэлектрика, имеющий изъятия (отверстия), по меньшей мере, в зонах расположения электрических контактов первого электрода с областями первого типа проводимости.
Предпочтительно под слоем диэлектрика на дне каждой из указанных выемок расположены отклоняющие области второго типа проводимости, причем в разных частных случаях указанные отклоняющие области второго типа проводимости могут быть выполнены дискретными или полосковыми.
Также предпочтительно, чтобы второй токосборный электрод был расположен со второй стороны подложки поверх слоя диэлектрика, прозрачного для электромагнитного излучения и имеющего изъятия (отверстия), по крайней мере, в зонах расположения электрических контактов второго электрода по крайней мере с одной областью второго типа проводимости, расположенной со второй стороны подложки.
В еще одном предпочтительном случае второй электрод имеет М>1 участков, каждый из которых электрически соединен по крайней мере с одной областью второго типа проводимости со второй стороны подложки, причем указанные участки объединены посредством по крайней мере одной токопроводя
- 4 016932 щей шины.
При этом указанные М участков второго электрода могут быть выполнены полосковыми, причем расстояние между каждыми двумя полосами составляет менее 2ί.
Далее, со второй стороны преобразователя между указанными участками второго электрода могут быть выполнены дискретные квантовые ловушки-углубления, имеющие в сечении пирамидальную или скошенную пирамидальную форму, расположенные на подложке вершиной внутрь толщи подложки с основанием на ее второй стороне на расстоянии друг от друга менее 2ί.
Также в частном случае со второй своей стороны преобразователь может содержать не менее двух легированных областей второго типа проводимости, с каждой из которых электрически соединен по крайней мере один из М участков второго электрода. В развитие данного случая число указанных легированных областей второго типа проводимости со второй стороны подложки предпочтительно равно М, причем с каждой из этих областей соединен один участок второго электрода.
Кроме того, на дне каждого из указанных углублений со второй стороны могут быть расположены отклоняющие области второго типа проводимости, так что для каждой из N областей первого типа проводимости напротив нее через толщу подложки расположена по крайней мере одна такая отклоняющая область со второй стороны.
В частном случае над слоем диэлектрика с первой стороны полупроводниковой подложки размещен полевой управляющий электрод.
Предпочтительно толщина полупроводниковой подложки не превышает ί, где ί - величина, соизмеримая с диффузионной длиной или равная диффузионной длине неравновесных не основных носителей заряда.
Поставленная задача решается также тем, что в преобразователе электромагнитного излучения, содержащем одну собирающую область с проводимостью первого типа и по крайней мере одну собирающую область с проводимостью второго типа, а также связанные с указанными областями первый и второй токосборные проводящие электроды, согласно второму варианту первый электрод соединен с указанной областью с проводимостью первого типа, расположенной на первой, воспринимающей падающее электромагнитное излучение стороне подложки с проводимостью второго типа, причем первый электрод содержит Т>1 участков и расстояние между каждыми двумя такими участками меньше 2ί, и при этом указанные участки первого электрода объединены посредством по крайней мере одной токопроводящей шины.
При этом предпочтительно, чтобы на первой стороне подложки был размещен слой прозрачного для электромагнитного излучения диэлектрика, имеющий изъятия (отверстия), по меньшей мере, в зонах расположения электрических контактов участков первого электрода с указанной собирающей областью первого типа проводимости.
В частном случае на первой стороне преобразователя встроены многокаскадные дискретные умножители потенциала.
В еще одном частном случае по крайней мере на одной из сторон преобразователя встроен трехкаскадный умножитель потенциала, причем первый каскад, представляющий диодную структуру Шоттки, преобразовывает коротковолновую часть, второй - среднюю часть, а третий - длинноволновую часть спектра ЭМИ и при этом все три каскада объединены во внутренней цепи преобразователя в один токовый узел.
В еще одном частном случае токосборные элементы и электроды выполнены в виде дифракционной решетки, сетки или линз Френеля.
Использованные в изобретении приемы основаны на осуществлении эффектов, усиливающих физические характеристики полупроводниковых подложек, открытых и обнаруженных авторами изобретения и новыми конструктивными решениями для их реализации, а также применением в них известных и апробированных в уровне техники приемов.
Высокая эффективность энергоконверсии в этих преобразователях обеспечивается за счет управления генерационно-рекомбинационными процессами неравновесных носителей зарядов, а также использования явлений, связанных с дискретной структурой материи: эффектом поперечного и продольного градиента концентрации ННЗ, эффектом пучка или токового узла и связанными с ним масштабными эффектами изменения физических характеристик полупроводников и др.
Экономическая эффективность в таких преобразователях достигается за счет существенного увеличения КПД.
Во всех частных случаях осуществления изобретения принципиально новым и отличным от известных в уровне техники решений являются осуществление токосбора неравновесных ННЗ, имеющих ничтожно малые времена жизни, позволяющие расширить диапазон преобразуемого спектра ЭМИ от видимого диапазона до невидимой коротковолновой УФ-части и выше, а также до длинноволнового ИКизлучения и ниже; применение затенений поверхности СЭ для создания высоких поперечно-продольных градиентов концентрации ННЗ; управление генерацией и рекомбинацией неравновесных ННЗ токосборными областями и токосъемными шинами; управление процессами сбора, генерации и рекомбинации ННЗ отклоняющими элементами (полевыми областями); управление сбором, генерацией и рекомбинаци
- 5 016932 ей ННЗ полевыми электродами подобно тому, как это делается в МОП конденсаторах или транзисторах; создание сверхнизких внутренних сопротивлений СЭ, создание многослойных многопереходных ячеек путем последовательного соединения диодов элементарной ячейки, позволяющих существенно увеличивать мощность и внешнюю нагрузку СЭ.
Коротковолновая часть спектра ЭМИ, в частности УФ-излучение, несмотря на малую его долю в солнечном спектре (около 5%) представляет из-за высокой величины энергии кванта (соответственно квантового выхода) значительный интерес. Если энергия квантов видимой части света достигает до 3,3 эВ, то УФ-область имеет 3,3-120 эВ, причем кванты с энергией 3,3-5,5 эВ (для которых озоновый слой Земли не помеха) без препятствий достигают земной поверхности. Поэтому коротковолновая часть, особенно для таких полупроводниковых материалов, как кремний, для которых один из пиков поглощения находится в коротковолновой области, представляет значительный интерес не только для космических, но и для наземных конструкций СЭ.
Однако, как отмечалось выше, в уровне техники невозможно преобразование высоких частот падающего ЭМИ (1015 Гц и выше) из-за их высокого отражения и малого времени жизни образующихся ННЗ, что объяснялось большим содержанием электронов в п+-слое, отражающих падающие фотоны. Высокочастотные фотоны при этом поглощаются незначительно и то лишь в тонком поверхностном слое порядка 3-5 мкм. Возникшие ННЗ рекомбинируют на месте в тонком поверхностном слое. Следовательно, для сбора и съема токов необходимо в СЭ усилить поле р-п-переходов, что возможно сделать введением дополнительных встроенных источников электрических полей, либо необходимо размещать собирающие элементы (области, участки и т.д.) с прилегающими к ним токосъемными (или токосборными) шинами друг от друга на малых расстояниях, соответствующих длинам диффузии ННЗ.
В литературе не описан СЭ с управляющими полями или с источниками дополнительных внутренних полей, а снижение расстояний между собирающими элементами, например шинами, считается ведущим к увеличению степени затененности поглощающей поверхности и тем самым приводящим к снижению эффективности использования поверхности преобразователя. В уровне техники затенение от токосъемных и собирающих шин составляет 5-10% от общей чувствительной площади поверхности ФЭП, а от сплошного п-слоя - до 3-4%. Авторы (патент И8 6998288 В1 от 14.02.2006) ушли полностью от затенения, убрав контактную систему на тыльную неосвещаемую сторону. В патентной литературе известны конструкции СЭ с рекордно малыми потерями поглощающей поверхности - всего 3,2%. Однако, как оказалось, как это будет показано в примерах авторов изобретения, увеличение степени затенения до 20% и более не снижает эффективность СЭ.
Длинноволновая низкоэнергетичная часть спектра ЭМИ (ниже 1014 Гц), в частности ИК-излучение, (доля которой в солнечном спектре достигает 43,5%) представляет не меньший интерес из-за его прозрачности для полупроводниковых материалов. Для земной солнечной энергетики интерес значителен тем, что значительная часть ИК-спектра, в частности ЭМИ, длиной до 4 мкм свободно без потерь достигает земной поверхности. Кроме того, практический интерес представляют ЭМИ миллиметровой длины, которые также свободно достигают Земли. Однако современные ФЭП не преобразовывают эту часть спектра в ЭДС. Традиционно используемые полупроводники с шириной запрещенной зоной от 1,1 (кремний) до 1,43 эВ (арсенид галлия) теоретически могут преобразовывать не только ЭМИ ИК-части спектра, но и миллиметровые частоты и даже ниже, поскольку они имеют энергию кванта не менее 1,6 эВ, которая достаточна для образования свободных электронно-дырочных е- 11' пар в полупроводниках типа кремний. При поглощении длинных волн неравновесные ННЗ образуются равновероятно по всему объему поглощения, находясь в состоянии дрейфа (подобно Броуновскому движению молекул), при этом градиент концентрации ННЗ практически отсутствует и, следовательно, путем дрейфа и диффузии они не могут разделиться и добраться до собирающей области и токосъемника, находящимся на слишком большом расстоянии от места образования ННЗ. Отсюда, следовательно, напрашивается простое решение: подать на преобразователь через дополнительный полевой электрод не большое напряжение смещения, а собирающие области расположить в локальных местах зарождения и гибели ННЗ, что и сделано в настоящем изобретении.
Таким образом, причиной гибели ННЗ в условиях воздействия падающего ЭМИ являются ничтожно малые времена жизни и соответственно малые длины их диффузионных пробегов. Поэтому в СЭ согласно изобретению размеры собирающих областей и расстояния между собирающими областями с прилегающими к ним участками токосборных электродов выполняются ничтожно малыми и соизмеримыми с размерами длины диффузии ННЗ. Соответственно участки электродов соответственно предпочтительно выполняются достаточно малой ширины - намного меньше 50 мкм. При этом независимо от диапазона преобразуемых частот ЭМИ расстояния между собирающими областями, токособирающими и токосъемными шинами выполняются сколь угодно малыми.
Собирающие области выполняются в виде слабо легированных областей первого или второго типа проводимости полупроводниковой подложки.
Предпочтительные конструктивные решения - это малого размера (дискретные или узкие и тонкие линейчатые, усовидные, полосковые) собирающие области с расстояниями между токосборными и токосъемными элементами, сравнимые с диффузионным пробегом ННЗ. Конструктивные решения авторов,
- 6 016932 следовательно, предназначены для широкого диапазона ЭМИ: от видимой и до невидимой части - выше УФ и ниже красной части (ближнее ИК, среднее ИК и дальнее ИК) излучения.
Таким образом, в настоящем изобретении принципиально новым и отличным от всех ФЭП, известных из уровня техники, являются оптимизация расстояния между собирающими областями и/или между участками токосборных электродов (и токосъемными шинами). Эти расстояния оптимизированы до величин, соизмеримых с диффузионным пробегом ННЗ. При этом собирающие области должны быть малыми по поперечным размерам, но могут быть достаточно длинными и протяженными - в виде длинных линейчатых тонких полосок (отделенных друг от друга диэлектрическим зазором) или усов любой конфигурации и формы с двумя противоположными токовыми узлами. Собирающие области и участки токосъемных электродов могут быть любой формы и конфигурации, но они должны быть в пределах одной конструкции СЭ отдельными (или отделенными диэлектрическим зазором) и их число должно быть достаточно большим (не менее 2, или не менее 10, или не менее 100, или не менее 1000, или не менее 10000, не менее 1000000 и т.д.). Таким образом, собирающие области объединяются с помощью токовых шин в пучок, или токовый узел, что катастрофически увеличивает проводимость тока через такой преобразователь.
В конструкциях ФЭП согласно изобретению чем меньше расстояние между собирающими элементами и токосборниками, тем с меньшим времени жизни ННЗ осуществляется токосбор. Поэтому для лучшего токосбора и токосъема в СЭ согласно изобретению предпочтительно локализовывать процесс преобразования ЭМИ, т.е. снижать линейные размеры собирающих областей вместе с р-п-переходами, а расстояния между областями с токосъемными электродами снижать до размеров, соизмеримых с длиной диффузии ННЗ. Собирающие области могут быть, как вариант, дискретными - с исчезающе малыми точечными размерами, или быть достаточно протяженными (длинномерными) в виде линейчатых усовволокон (с малыми размерами в поперечнике). Предпочтительно, чтобы размеры линейчатых усовидных собирающих областей в поперечнике и размеры дискретных собирающих областей в поперечнике (по ширине, если они квадратной конфигурации, или диаметру, если они круговой конфигурации) с переходами были меньше (а предпочтительно намного меньше) 50 мкм. При этом р-п-переходы с собирающими областями должны быть отдельными. Как вариант р-п-переходы должны быть также однотипными (по существу, одинаковыми). При этом число N р-п-переходов выполняют достаточно большим (предпочтительно много больше единицы), т.е. N>1 или N>>1 (как вариант N=1, но может быть N=2, но предпочтительно Ν^·ο>). В такой конструкции р-п-переходы с собирающими областями объединяются с помощью электродов (или их токопроводящих участков) в пучок, или токовый узел. Объединение токосборников в пучок приводит к эффекту снижения внутреннего сопротивления р-п-переходов до нулевого значения. Кроме того, такая оптимизация размеров р-п-переходов с собирающими областями, ширины токопроводящих шин и размеров расстояний между ними также приводит к неожиданному эффекту усиления токосбора, обнаруженного авторами - скачкообразному росту токов короткого замыкания и напряжения холостого хода преобразователей.
В опытах авторов настоящего изобретения затенение до 30% никоим образом не сказывалось на эффективности токосъема - с увеличением степени затенения ток короткого замыкания СЭ увеличивался. Ширина собирающей шины предпочтительно должна быть минимальной и соизмеримой размеру дискретного р-п-перехода с дискретной собирающей областью, а расстояния между собирающими областями и расстояния между токосъемными электродами или шинами выполняются исходя из канонического соотношения, сформулированного авторами, для расстояний между собирающими элементами и шинами в виде основного неравенства ФЭП
Г <21, где ί - длина диффузионного пробега (или диффузионная длина) неравновесного ННЗ. Это неравенство является необходимым и достаточным условием для ФЭП согласно изобретению. Оно является существенным и принципиальным отличием ФЭП согласно изобретению от всех существующих в уровне техники и оно также является основополагающим принципом для оптимального сбора и съема зарядов во всех конструкциях СЭ согласно изобретению.
Как вариант возможно равенство Ρ=2ί.
Однако это равенство является лишь необходимым, но не достаточным условием для оптимального токосбора ННЗ.
Предпочтительно также условия этого неравенства еще более ограничить, чтобы ННЗ с самыми маленькими величинами ί могли участвовать в токосборе и съеме тока, т.е.
К«2Г,
Как вариант величина ί может быть на некоторую малую величину Δ быть больше диффузионной длины неравновесных не основных носителей заряда.
В целом в реальных условиях величина ί должна быть соизмеримой с диффузионной длиной неравновесного ННЗ.
Оптимизация размеров р-п-переходов с собирающими областями и соблюдение ограничений по длине диффузионного пробега ННЗ на практике приводит, как будет показано в дальнейшем, к еще од
- 7 016932 ному неожиданному эффекту в СЭ согласно изобретению - к смещению максимума поглощения на спектральных характеристиках как в сторону УФ-излучения и выше, так и к ИК-частотам. При этом в этих областях появляются два новых максимума - один в холодной части, а другой - в горячей части спектра ЭМИ, т.е. преобразователи согласно изобретению существенно расширяют диапазон преобразуемого ЭМИ.
При оптимизации размеров собирающих областей и расстояний между ними неожиданно возникает поперечный и продольный градиент концентрации зарядов, более подробное описание которого будет приведено ниже. Поперечный градиент концентрации ННЗ создается, например, высоколегированными глубокими областями первого типа проводимости на первой стороне подложки второго типа проводимости. Продольный градиент образуется затенением на первой или второй стороне подложки преобразователя с помощью полосковых, или сетчатых, или полосково-сетчатых токовых собирающе-съемных шин. Полоски выполняются тонкими и малой ширины, а ячейки сетки должны выполняться также малых размеров.
Поперечно-продольный градиент концентрации ННЗ ведет к еще одному неожиданному эффекту, обнаруженному авторами настоящего изобретения - скачкообразному росту полного диффузионного тока, состоящего из поперечной и продольной составляющей. При этом прирост тока от продольной составляющей диффузионного тока может быть значительно выше поперечной.
Для создания поперечно-продольного градиента концентрации ННЗ авторами предлагается система искусственных поверхностно-объемных микронеоднородностей (кратко СИПОМ). СИПОМ образуется путем введения и объединения в структуре поверхности любых неоднородностей, объединенных в один токовый узел и влияющих на градиент концентрации неравновесных ННЗ. В частности, это достигается разрывом сплошности подложки полупроводника и чередованием в нем собирающих п+-слоев или р+слоев, включая создание локальных собирающих областей произвольной формы и конфигурации, омически связанных или не связанных между собой и с собирающими электродами. Собирающий п+- или р+слой может быть выполнен в виде сетки дискретных с числом К>1 (как вариант К>>1) малых по размеру областей или ячеек произвольной формы и конфигурации либо поверхностно распределенной полосковой (гребенчатой) структуры или любых дискретных элементов либо протяженных тонких усов (волокон). В целом, любой дискретный элемент либо усовидная область представляют собой локализованную область с произвольной конфигурацией, объединенных электродами в один токовый узел, или пучок.
СИПОМ создается не только чередующимися затененными участками токособирающих областей с металлизированными шинами, но и интерференционной картиной ЭМИ в объеме полупроводника, образующейся за счет дифракции в щелях между токосборниками и шинами. И фактически такая конструкция пучковых ФЭП представляет собой дифракционную решетку, на которую падает ЭМИ, а в объеме полупроводника возникает интерференционная картина, приводящая к зонам концентрации излучения максимумам и зонам ослабления излучения - минимумам. Максимумы представляют собой зоны генерации носителей, а минимумы - зоны стоков носителей, между которыми возникает высокий градиент концентрации бп/бх, способствующий эффективному разделению неравновесных носителей. При этом в зонах стоков концентрация свободных носителей существенно ниже, чем в зонах генерации, что ведет к увеличению в них как подвижности μη, так и времени жизни τη зарядов за счет снижения центров рассеяния и рекомбинации на неравновесных носителях, индуцированных светом. При нагреве такого ФЭП коэффициент диффузии свободных носителей □„ΗΚΤ/ςίμ,, увеличивается, что ведет к увеличению диффузионного тока )м=цОм(бп/бх) с повышением температуры. Диффузионная длина ίη=(Οητη)0,5 увеличивается, что способствует собиранию носителей из большего пространства объема ФЭП. Концентрация падающего излучения в объеме полупроводника может осуществляться не только системой металлизации, но введением неоднородностей на самой поверхности полупроводника, например, путем травления поверхности в виде дифракционной решетки (фиг. 15-19) так, что эти неоднородности с одной стороны представляют собой квантовые ловушки, а с другой - поверхностные концентраторы. Покрытие металлизации и поверхности полупроводника прозрачным слоем, граница раздела которого с внешней средой создает угол полного внутреннего отражения, сводит к минимуму отражающую способность такой системы.
В стандартных СЭ с широким шагом металлизации и текстурированием в виде случайных выступов и впадин, когда поведение волны по глубине полупроводника определяется законами геометрической оптики, интерференционная картина в объеме не возникает. По мере увеличения длины волны падающего излучения сравнительно ничтожно малый градиент концентрации НрННЗ выравнивается по объему полупроводника, т.е. (бп/бх)^0, а диффузионный ток стремится к нулю, что объясняет спектральную чувствительность кремниевых стандартных СЭ, ограниченную длиной ЭМИ λ<1 мкм.
Потоки электронов и дырок в таких ФЭП пересекаются, что приводит к рассеянию носителей не только на структуре полупроводника и термостимулированных носителях, но и между собой, что приводит к снижению как подвижности, так и времени жизни. С увеличением температуры ток короткого замыкания КЗ и напряжение холостого хода XX таких ФЭП падают так, что в действительности в реальных условиях эксплуатации их КПД составляет 50-30% от паспортных, а при температурах более 120°С
- 8 016932 такие преобразователи теряют работоспособность.
Наличие оптически стимулированных зон генерации и зон стоков и их влияние на выходные характеристики П-ФЭП, представленной модели СИПОМ, полностью подтверждены экспериментальными данными авторов изобретения: при степенях затенения ФЭП токосборниками, достигающих 30%, токи короткого замыкания снижались не более 8%; ток КЗ с увеличением температуры до 70-100°С возрастает в 1,2-1,4 раза относительно тока при 25°С; напряжение XX дискретных пучковых ФЭП в интервале 2540°С практически постоянно, а при рабочих температурах 40-70°С составляет 0,9 относительно иХХ/25С, что определяется как высоким значениям фототока 1Ф, так и низким током насыщения 18: иХХ=(кТ/ц)1п(1Ф/18+1). Т.е. при образовании в объеме пучковых ФЭП интерференционных зон увеличение температуры приводит к увеличению коэффициента диффузии неравновесных ННЗ и их диффузионной длины.
В пучковых ФЭП согласно изобретению из-за образования в объеме полупроводника интерференционных минимумов и максимумов, создающих оптически стимулированный градиент концентрации неравновесных ННЗ, возникают встроенные электрические поля по направлению к токособирающим элементам, т. е. возникает дрейфовая составляющая фототока, дополняющая диффузионную составляющую.
Эти явления объясняют не только повышенную чувствительность пучковых ФЭП в экспериментах, проведенных авторами в коротковолновом и длинноволновом диапазонах, но и эффект сверхвысокой эффективности пучковых ФЭП в ИК-области, когда с площади 5,28 см2 удалось снимать токи до 1,2-1,5 А при напряжениях до 0,6 В.
В целом поверхность ФЭП может быть выполнена в виде дифракционной решетки, решетки Франгоуфера, сеток, линз Френеля и т.д. Дифракционные центры могут быть сформированы в объеме полупроводника в виде кластеров, включений и др., в т.ч. гетеропереходы, и наночастиц. Они формируются таким образом, что создают в объеме полупроводника интерференционные зоны генерации и зоны стоков неравновесных ННЗ (а не хаотично, и их смысл - получить интерференционную картину, а не просто заставить луч огибать экран или расширяться на щели). Интерференционные зоны генерации и зоны стоков НрННЗ располагаются в пределах диффузионных длин неравновесных ННЗ (а не где-то в недосягаемом пространстве). При этом свет, отраженный поверхностью п.п. или Ме, возвращается обратно по закону полного внутреннего отражения.
В частном случае СИПОМ создается размещением на п+-слое или р+-слое преобразователя оптимизированных затененных зон, с одной стороны, снижающих площадь поглощения, но, с другой стороны, усиливающих неоднородность, повышая тем самым величину и эффективность диффузионной составляющей тока. Затененные участки желательно выполнять минимальных линейных размеров, например размер токопроводящей цепи, или расположенных по поверхности преобразователя участков электрода, по ширине предпочтительно стремятся к достаточно малому значению δ - к размеру дискретной п+области. Расстояние между токопроводящими шинами Р необходимо иметь также малой величины меньше удвоенной длины диффузионного пробега ННЗ (Р<2£), т.е. таким образом, чтобы при любом местонахождении заряда его путь составлял менее его длины диффузионного пробега. Затененными зонами могут быть п+-области и р+-области, электроды собирающих областей, а также любые области поверхности преобразователя.
Области затенения могут иметь любую произвольную конфигурацию. Зоны неоднородностей должны быть предпочтительно однотипными, отдельными и минимальными по размерам, объединенными с помощью токосборного электрода в один токовый узел. При этом конфигурация таких зон неоднородностей может иметь произвольную форму, а число предпочтительно стремится к О>>1.
В одном из частных случаев осуществления изобретения для расширения диапазона преобразуемых частот от оптически видимых в сторону коротковолновых и длинноволновых частот ЭМИ, а также для снижения поверхностной и объемной рекомбинации ННЗ предлагается создавать квантовые ловушкиуглубления с токосборными участками электрода, расположенными на их боковой поверхности, обеспечивающие захват и поглощение фотонов по поверхности и объему СЭ. При этом во всех случаях реализации СЭ по изобретению важным в достижении заявленного технического результата является соблюдение соотношения размеров собирающих областей и расстояний между ними, учитывающих время жизни ННЗ и диффузионный пробег.
Квантовые ловушки могут представлять собой пирамидальные (в том числе и усеченные у вершины) дискретные углубления, расположенные вершиной вниз (т.е. основанием - к соответствующей поверхности преобразователя). Возможны углубления любой другой геометрической конфигурации. Например, ловушки могут иметь форму вертикальных канавок (желобов), в сечении имеющих вид перевернутой трапеции (или лотка). Расстояния между ловушками с токосборными шинами делают соизмеримыми с диффузионной длиной ННЗ.
Квантовые ловушки предпочтительно расположены между линейчатыми полосковыми (гребенчатыми) участками токосборных электродов (первого и/или второго), вдоль тонких полос или зубьев гребенки. Полоса участка электрода (зуб гребенки) проходит вдоль квантовой ловушки на первой стороне (или на второй стороне) преобразователя таким образом, что частично закрывает первую сторону преоб
- 9 016932 разователя вдоль расположения ловушки и боковую поверхность канавки по всей ее глубине, обеспечивая таким путем сбор зарядов с поверхности глубины или объема преобразователя и тем самым устраняя поверхностную и объемную рекомбинацию. Расстояние между квантовыми ловушками соизмеримо с длиной диффузии ННЗ, т.е. соответствующей упомянутому выше основному неравенству ФЭП Ρ<2ί. Благодаря такой конструкции увеличивается глубина и площадь проникновения высокоэнергетичной коротковолновой части спектра ЭМИ в полупроводниковую подложку. При этом чем больше глубина квантовых ловушек, тем эффективнее захват коротковолновых квантов по объему преобразователя. Следовательно, чем глубже квантовая ловушка, тем больше коротковолновых высокоэнергетичных квантов захватываются объемом преобразователя и тем больше будет количество образовавшихся ННЗ и эффективность ФЭП.
В другом частном случае эффективность и расширение диапазона преобразуемых ЭМИ могут быть обеспечены за счет многослойной (многопереходной) структуры р-п-переходов, скоммутированных последовательно (см. фиг. 22а, 22). Фактически такая многослойная стопка представляет многокаскадный умножитель напряжения холостого хода. В таких преобразователях путем последовательного легирования формируется последовательность слоев, каждая пара из которых при последовательной их коммутации повышает напряжение холостого хода примерно на контактную разность потенциалов. В одной ячейке такого преобразователя содержится число ν>1 многослойных стопок. В одной ячейке преобразователи, таким образом, соединены в параллельную (внутреннюю, а не внешнюю) цепь, т. е. объединены в токовый узел число ν>1 многослойных стопок (см. фиг. 22Ь, 22с). Как частный случай возможен вариант ν=1, но он менее предпочтителен. При этом в такой конструкции преобразователя за счет большой доли вертикальных р-п-переходов существенно увеличивается поглощение падающего ЭМИ. Кроме того, в силу их дискретности, дополнительные легированные слои не создают оптического барьера для коротковолновой области спектра. И такой преобразователь будет работать во всем диапазоне ЭМИ.
Практически СЭ, изготовленные по изобретению из обычных полупроводниковых материалов типа кремний, при локализации процесса преобразования ЭДП путем снижения характерных размеров собирающих областей и токосъемников до бесконечно малой величины (до б^БМВ), а также увеличения их числа до бесконечно большой величины (до Х^ББВ) работают в широком диапазоне частот ЭМИ - от УКВ до высокоэнергетичного УФ-диапазона, рентгена и выше.
Достижение в преобразователе эффекта сверхвысокой проводимости - катастрофического снижения сопротивления р-п-переходов практически до нуля - может быть достигнуто путем выполнения N достаточно малых и глубоких легированных областей с первым типом проводимости (как вариант со вторым типом проводимости) с образованием более одного р-п-перехода (как вариант предпочтительно, чтобы число было намного больше единицы, т.е. N>>1), размещенного на расстоянии Ρ<2ί, последующим объединением указанных N отдельных областей в пучок, или токовый узел, (при N>1 и N>>1) посредством токосборного электрода. Для усиления указанного эффекта целесообразно далее снижать линейные размеры переходов с собирающими областями (6^8, где δ - бесконечно малая величина БМВ) и увеличить их число до N>>1 (в идеале где ж - бесконечно большая величина ББВ), выполнять их однотипными, т. е., по существу, одинаковыми по размерам, конфигурации и др. технологическим условиям выполнения. Снижение внутреннего сопротивления р-п-переходов приводит к усилению его внутреннего поля, что в итоге увеличивает собираемость токов за счет увеличения скорости движения ННЗ и диффузионного пробега.
Необходимо отметить, что явление масштабного эффекта снижения сопротивления до нуля наступает лишь в статистической выборке с малыми размерами элементов, которыми являются р-п-переходы с собирающими областями. При этом в такой статистической выборке с исчезающе малыми размерами элементов хотя бы один элемент должен иметь нулевое сопротивление. Как показали эксперименты авторов, в случае статистической выборки из не менее 100 сопротивлений при достаточно малых размерах хотя бы один имеет нулевое значение. При объединении этих элементов в пучок, или токовый узел, наступает масштабный эффект скачкообразного падения сопротивления до нуля. Это связано с тем, что при параллельном соединении сопротивлений из числа Ζ общее сопротивление по закону параллельного соединения и шунта будет иметь значение меньше наименьшего значения. И если в такой цепи хотя бы один будет иметь нулевое значение, то общее сопротивление также будет нулевым. И при этом необходимо отметить, что в рамках настоящего изобретения основным отличием от уровня техники является оптимальный токосбор, эффект которого обнаружен и установлен только в рамках настоящего изобретения. В данном изобретении применимы другие известные в уровне техники способы оптимизации ФЭП, но все эти конструкции отличает от уровня техники то, что расстояния между токосборниками соответствуют приведенному выше основному неравенству ФЭП, т.е. Ρ<2ί.
В еще одном частном случае диффузионный пробег ННЗ в конструкциях СЭ по изобретению осуществляют тем, что увеличивают скорость движения ННЗ путем их разгона дополнительно встроенными внутренними полями. Технически это осуществляется тем, что в структуру подложки СЭ путем легирования вводятся дополнительные отклоняющие п+- или р+-области и/или вводят полевые электроды подобно тому, как это сделано в МОП конденсаторах или транзисторах. Отклоняющие области и подача
- 10 016932 напряжения смещения усиливают или ослабляют процессы генерации и рекомбинации ННЗ. Поэтому генерационно-рекомбинационные процессы в СЭ согласно изобретению управляемы и контролируемы и по желанию можно усиливать или снижать эффективность энергоконверсии солнечных элементов.
Как будет ясно из дальнейшего изложения, возможны и другие частные случаи осуществления изобретения, в которых могут использоваться известные в уровне техники приемы, приводящие к улучшению эксплуатационных характеристик СЭ, которые тоже не будут выходить за рамки испрашиваемого объема правовой охраны. Сущность изобретения объясняется далее подробнее на конкретных примерах его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи. При этом в процессе описания следующие термины, сокращения и условные обозначения будут иметь нижеуказанное значение.
ЭМИ - электромагнитное излучение, способное образовать неравновесные не основные носители зарядов в преобразователе.
Подложка - пластина из любого полупроводникового материала, в которой формируются элементы преобразователя. В описании взята для примера кремниевая подложка р типа проводимости.
Первая сторона (ПС), вторая сторона (ВС) - стороны полупроводниковой подложки или преобразователя, которые могут подвергаться воздействию или облучению ЭМИ.
Фотоэлектрический преобразователь ФЭП, фотовольтаическая ячейка ФВЯ, солнечный элемент СЭ, преобразователь - полупроводниковое устройство, преобразующее ЭМИ в электрический ток и фотоЭДС.
Элемент преобразователя - составная часть преобразователя, участок (область) преобразователя, обладающие общими функциональными свойствами.
Собирающие элементы, собирающие области - легированные участки (или области) преобразователя, образующие с подложкой р-п-переходы, обеспечивающие токосбор ННЗ и имеющие контакт с внешними электрическими цепями; собирающие области могут быть сплошными, дискретными, линейчатыми, усовидными, протяженными (непрерывными) длинномерными элементами преобразователя, имеющими малые поперечные размеры.
Отклоняющие элементы, отклоняющие области - легированные участки (или области) преобразователя, образующие и не образующие с подложкой р-п-переходы, обеспечивающие отклонение ННЗ.
Электрод, шина, контакт - участок токопроводящей цепи из токопроводящего материала, примыкающий к отклоняющим и собирающим областям и обеспечивающий токосбор и съем во внешнюю электрическую цепь.
Полевые электроды, управляющие электроды - электроды, к которым подается электрический потенциал.
Дискретный р-п-переход (или участок либо область) - прерывистый элемент преобразователя, имеющий малые размеры; прерывистый р-п-переход, участок или область, имеющие малые размеры по толщине, ширине, длине, диаметру.
Диффузионный преобразователь - преобразователь, основанный на диффузионном токе.
Диффузионно-дрейфовый преобразователь - преобразователь, основанный на диффузионном и дрейфовом токе.
С учетом современного уровня развития техники (патент КП 2284267 С2, приоритет от 10.11.2004; Карташов Э.М., Цой Б., Шевелев В.В. Структурно-статистическая кинетика разрушения полимеров. Москва: Химия, 2002, 736 с.; Цой Б., Лаврентьев В.В., Карташов, Э.М., Шевелев В.В. Электроизоляционный материал//Патент Ки 2284593, приоритет от 26.10.2004), в рамках настоящего изобретения под статистическим пучком (или стопой) или просто пучком следует понимать многоэлементную статистическую структуру, образованную из числа N>1 (где N - целое число) отдельных однотипных индивидуальных составляющих элементов-сопротивлений (в данном случае сопротивлений р-п-переходов с прилегающими к ним р- и п-областями), собранных в параллельную электрическую цепь и объединенных с помощью проводника (общего электрода) в один токовый узел-пучок. Соответственно преобразователь, содержащий большое число переходов, объединенных в токовый узел или пучок, назван пучковым преобразователем.
Далее, под однотипными понимаются р-п-переходы, выполненные одинаковым способом (в одинаковых условиях) из одних и тех же материалов (с использованием одних и тех же примесей в одинаковых концентрациях), имеющие, по существу, одинаковые геометрические размеры, конфигурацию и форму, а также одинаковые структурно-чувствительные физические (механические, электрические, электромагнитные и др.) характеристики и свойства. Однотипность р-п-переходов является необходимым условием (т. е. эквивалентом) однотипности областей с проводимостью первого типа (р- или п-областей). Аналогично под однотипными участками первого электрода понимаются элементы этого электрода, выполненные одинаковым способом из одного и того же материала (из которого выполнен, собственно, сам первый электрод) и имеющие, по существу, одинаковые размеры и форму, а также, по существу, одинаковые структурно-чувствительные физические (механические, электрические, электромагнитные и др.) характеристики и свойства. Использование термина однотипные обусловлено тем, что в силу наличия в любом технологическом процессе допусков на отдельные параметры получаемого на выходе продукта случай, когда все р-п-переходы или все упомянутые элементы первого электрода получаются абсолютно
- 11 016932 идентичными, на практике трудно достижим, хотя и является предпочтительным.
Далее, под отдельностью р-п-переходов понимается отсутствие у них пересекающихся или перекрывающих друг друга участков, т.е. каждый из р-п-переходов располагается обособленно (отдельно) от остальных р-п-переходов в преобразователе. Это фактически эквивалентно обособленности (отдельности) указанных областей с одноименной проводимостью. Аналогично, под отдельностью упомянутых выше элементов первого электрода понимается отсутствие у них пересекающихся или перекрывающих друг друга участков, что достигается расположением между этими элементами оксидного зазора (в частности, оксидированного участка первого электрода) либо сквозного отверстия (изъятия части первого электрода между упомянутыми элементами).
Принципиально новым, основным для всех конструкций преобразователей согласно изобретению и отличительным от уровня техники является то, что р-п-переходы с прилегающими к ним собирающими областями (элементами) и токосъемниками расположены друг от друга на расстоянии менее удвоенной диффузионной длины неравновесного ННЗ, причем все они объединены в токовый узел или пучок и поэтому признаку они названы пучковыми.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - фрагмент двустороннего пучкового преобразователя с дискретными собирающими областями 2, вид в разрезе;
фиг. 1а - фрагмент двустороннего пучкового преобразователя с полосково-линейчатыми собирающими областями 2, вид в разрезе;
фиг. 2 - фрагмент двустороннего пучкового преобразователя с дискретными собирающими областями, первая сторона, вид снизу; полосковая (гребенчатая) токосборная съемная шина 5а;
фиг. 3 - фрагмент двустороннего пучкового преобразователя с дискретными собирающими областями, первая сторона, вид снизу; полосковая (крестообразная) токосборная съемная шина 5а;
фиг. 4 - фрагмент полосато-линейчатой токосборной съемной шины 5а типа зуб в зуб;
фиг. 5 - фрагмент сеточной токосборной полосковой съемной шины 5а с переменным сечением по длине для снижения степени затемнения;
фиг. 6 - фрагмент линейчато-полосковой токосбороной съемной шины 5а с переменным сечением по длине для снижения степени затемнения и линейчато-полосковыми собирающими областями 2;
фиг. 7 - фрагмент полосковой съемной шины 5Ь второй стороны ФЭП;
фиг. 8 - фрагмент крестообразной полосковой токосборной съемной шины 5а, собирающая линейчатая область 2 находится под шиной 5а и полностью затенена;
фиг. 9 - фрагмент крестообразной полосковой токосборной съемной шины с протяженными полузамкнутыми отклоняющими элементами 6; собирающая крестообразная область 2 находится под шиной 5а и полностью затенена;
фиг. 10 - фрагмент крестообразной полосковой токосборной съемной шины с протяженными полузамкнутыми отклоняющими элементами 6; собирающая область 2 частично открыта, а частично находится под шиной 5а;
фиг. 11 - фрагмент крестообразной полосковой токосборной съемной шины с протяженными полузамкнутыми отклоняющими элементами 6; собирающая область 2 в виде дискретных квадратиков находится под шиной 5а и полностью затенена;
фиг. 12 - фрагмент крестообразной полосковой токосборной съемной шины с дискретными отклоняющими элементами 6; собирающая область 2 в виде дискретных квадратиков находится под шиной 5а и полностью затенена;
фиг. 13а - фрагмент двустороннего пучкового преобразователя со сплошной собирающей областью 2 и полосково-линейчатой токосъемной шиной 5а, первая сторона;
фиг. 13 - фрагмент двустороннего пучкового преобразователя со сплошной собирающей п+областью 2 и полосково-линейчатой токосъемной шиной 5а и сплошной отклоняющей р+-областью 3, вид в разрезе; сечение А-А с фиг. 13 а;
фиг. 14 - фрагмент двустороннего пучкового преобразователя с дискретными собирающими областями и высоколегированными отклоняющими элементами, вид в разрезе;
фиг. 15а - фрагмент двустороннего преобразователя с квантовыми ловушками в виде перевернутой усеченной пирамиды 7, первая сторона;
фиг. 15 - фрагмент двустороннего преобразователя с квантовыми ловушками в виде перевернутой усеченной пирамиды 7, вид в разрезе, сечение А-А с фиг. 15а;
фиг. 15.1а - фрагмент двустороннего преобразователя с пирамидальными квантовыми ловушками 7, первая сторона;
фиг. 15.1 - фрагмент двустороннего преобразователя с пирамидальными квантовыми ловушками 7, вид в разрезе, сечение А-А с фиг. 15.1а;
фиг. 16 - фрагмент двустороннего преобразователя с пирамидальными квантовыми ловушками с двух сторон;
фиг. 17а - фрагмент двустороннего преобразователя с квантовыми ловушками типа акведук (на первой стороне);
- 12 016932 фиг. 17 - фрагмент двустороннего преобразователя с квантовыми ловушками типа акведук (на первой стороне) и типа пирамида (на второй стороне), вид в разрезе, сечение А-А с фиг. 17а;
фиг. 18а - фрагмент двустороннего преобразователя с отклоняющими элементами и квантовыми ловушками, первая сторона;
фиг. 18 - фрагмент двустороннего преобразователя с отклоняющими п+-элементами 6 и квантовыми ловушками типа акведук (на первой стороне) и типа канавки с треугольным сечением (вторая сторона), отклоняющий р+-слой 3 выполнен сплошным, вид в разрезе, сечение А-А с фиг. 18а;
фиг. 19а, вариант 1 - фрагмент двустороннего преобразователя с отклоняющими п+-элементами 6, р+-элементами 6а и квантовыми ловушками типа акведук (на первой стороне) и типа пирамида (вторая сторона), отклоняющие р+-элементы 3 и 6а выполнены прерывистыми и глубокими, вид в разрезе;
фиг. 19Ь, вариант 2 - фрагмент двустороннего преобразователя с отклоняющими п+-элементами 6, р+-элементами 6а и квантовыми ловушками типа акведук (на первой стороне) и типа пирамида (вторая сторона), отклоняющие р+-элементы 3 и 6а выполнены прерывистыми, вид в разрезе;
фиг. 19с, вариант 3 - фрагмент двустороннего преобразователя с отклоняющими п+-элементами 6, р+-элементами 6а и квантовыми ловушками типа акведук (на первой стороне) и типа пирамида (вторая сторона), отклоняющие р+-элементы 3 и 6а выполнены прерывистыми, области 2 и 3 расположены друг против друга, вид в разрезе;
фиг. 20 - фрагмент двустороннего преобразователя с управляющим полевым электродом 10, дискретными отклоняющими элементами 3, 6-6а и квантовыми ловушками 7; металлический контакт 56 электрически соединен с полевым электродом 10;
фиг. 21 - фрагмент двустороннего пучкового преобразователя с дискретными собирающими областями 2 (на первой стороне) и многокаскадным умножителем напряжения холостого хода (на второй стороне), на чертеже число каскадов умножения Νκ=2, вид в разрезе; в усилителе напряжения область 3 второго типа проводимости создается в области первого типа проводимости 8, образующей р-п-переход 8а с подложкой 1, закороченный металлической перемычкой 9, р-п-переход 8Ь, образованный областями 3 и 8, образует диод, повышающий напряжение холостого хода преобразователя;
фиг. 22а - фрагмент двустороннего преобразователя с многокаскадным умножителем напряжения холостого хода (на первой стороне);
фиг. 22 - фрагмент двустороннего преобразователя с многокаскадным умножителем напряжения холостого хода (на первой стороне) со сплошным отклоняющим слоем 3 (на второй стороне), вид в разрезе, сечение А-А с фиг. 22а; каскад представляет собой последовательность слоев противоположных типов проводимости, например в подложке 1 р типа создается легированный слой п типа 14, в котором создается р слой 13, в котором создается п-слой 12, в котором создается р-слой 12 и т.д.; эти слои образуют последовательность р-п-переходов 2а, 11а, 12а, 13а, 14а и т.д.; переходы 11а, 13а через контактные окна 4Ь, 4с могут быть закорочены металлизацией 15Ь, 15с; собирающий элемент 2 через контактное окно 4а в диэлектрике 4 соединен с токосборной шиной 5а, посредством которой каскадные элементы объединяются между собой;
фиг. 22Ь - фрагмент варианта двустороннего преобразователя с многокаскадным умножителем напряжения холостого хода (на первой стороне); вариант соединения элементов преобразователя по схеме голова к хвосту; первая сторона преобразователя;
фиг. 22с - фрагмент варианта ФЭП с фотоумножителями; один из примеров соединения компоновки элементарного блок-умножителя в последовательную цепь с токовым узлом; первая сторона;
фиг. 226 - фрагмент трехкаскадного двустороннего преобразователя;
фиг. 23 - традиционный фотоэлектрический преобразователь;
фиг. 24 - зависимость токов короткого замыкания от интенсивности освещения (условия лампы накаливания мощностью 300 Вт) для тестового СЭ согласно изобретению размером 24x22 мм;
фиг. 25 - вольт-амперные характеристики ВАХ СЭ: контрольного (20) согласно изобретению с различными расстояниями между токосборными шинами Е<2£ (22) и Е=2£ (21);
фиг. 26 - кривые плотности тока от интенсивности освещения солнечного элемента в ИК-спектре; диапазон ИК: 0,900- 200 мкм;
фиг. 27 - зависимости приращения плотности тока короткого замыкания от длины электромагнитной волны; 26 - стандартный сплошной кремниевый СЭ; 27 - один из вариантов пучкового диффузионного СЭ согласно изобретению;
фиг. 28 - влияние ИК-излучения (λ=0,900-200 мкм) и температуры на токи короткого замыкания для ФЭП: стандартный контрольный ФЭП (кривая 28); различные варианты СЭ согласно изобретению кривые 29, 30;
фиг. 29 - влияние ИК-излучения (λ=0,900-200 мкм) и температуры на напряжение холостого хода контрольного стандартного ФЭП (кривая 31) и пучкового ФЭП согласно изобретению (кривые 32, 33).
Позициями на чертежах обозначены:
- подложка, пластина из любого полупроводникового материала;
1а - первая сторона подложки или преобразователя (ПС);
- 13 016932
1Ь - вторая сторона подложки или преобразователя (ВС);
- собирающие элементы п+ (длинномерные, линейчатые, усовидные или дискретные легированные токопроводящие области, участки);
2а - р-п-переход;
- отклоняющая область и собирающий элемент р+ - область той же проводимости, что и подложка, но с более высокой степенью легирования, обеспечивающая токосбор ННЗ на ВС;
- диэлектрик; прозрачный для ЭМИ диэлектрический слой, например нитрид кремния;
4а - электроконтакт ПС к собирающим элементам 2 п+; окно в диэлектрике 4, обеспечивающее электрический контакт элементов 2 с 5а,
4Ь, 4с - электроконтакты; окна в диэлектрике 4, обеспечивающие электрический контакт элементов;
5а - первый токопроводящий собирающе-съемный электрод, Ме (металл) к ПС; металлический электрод к элементу 2, обеспечивающий контакт с внешними электрическими цепями;
5Ь - второй (со второй стороны) токопроводящий собирающе-съемный электрод, Ме (металл) к области 3 р+ ВС; металлический электрод к элементу 3, обеспечивающий контакт с внешними электрическими цепями;
5ά - металлический контакт полевого электрода.
6а - отклоняющий элемент (область) п+;
- отклоняющие элемент (область) р+ ПС; участки преобразователя с высокой по отношению к подложке концентрацией примеси, не образующие с подложкой р-п-переходы и не обеспечивающие токосбор неравновесных носителей заряда;
- дискретная квантовая ловушка; квантовая ловушка в виде лотка (канавки);
- область первого типа проводимости п+ в умножителе напряжения;
8а - р-п-переход в умножителе напряжения, образованный областью 1 и 8;
8Ь - р-п-переход в умножителе напряжения, образованный областью 3 и 8;
- межслойная металлическая перемычка для закорачивания р-п-перехода;
- расширенный полевой электрод из поликремния δί*;
- р слой второго типа проводимости в умножителе напряжения;
11а - р-п-переход в умножителе напряжения, образованный областью 11 и 12;
- п-слой первого типа проводимости в умножителе напряжения;
12а - р-п-переход в умножителе напряжения, образованный областью 12 и 13;
- р-слой второго типа проводимости в умножителе напряжения;
13а - р-п-переход в умножителе напряжения, образованный областью 13 и 14;
- п-слой первого типа проводимости в умножителе напряжения;
14а - р-п-переход в умножителе напряжения, образованный областью второго типа проводимости 1 и 14;
15Ь - межслойная металлическая перемычка для закорачивания р-п-перехода 11а;
15с - межслойная металлическая перемычка для закорачивания р-п-перехода 13а.
Для пояснения изобретения ниже приводится таблица, в которой представлены значения токов короткого замыкания и напряжения холостого хода для СЭ в различных условиях ЭМИ.
| Наименование СЭ | Напряжение холостого хода,V | Ток короткого замыкания, шА | Источник ЭМИ или вид излучения |
| СЭ согласно изобретению | 0,75 | 36 | Рентген, λ = 5 нм; 106 имп./с |
| Контрольный стандартный СЭ | 0,00 | 0,00 | Рентген, λ — 5 нм; 106 импУс |
| СЭ согласно изобретению | 0,600 | 100 | УФ-лучи, λ=230 шп, 20001х |
| Контрольный стандартный СЭ | 0,00 | 0,00 | ИК-лучи, λ = 900 - 200 000 пт; Т = 473 К |
| СЭ согласно изобретению | 0,560 | 900 П1А | ИК-лучи, λ = 900 - 200 000 пт; Т = 473 К |
| Контрольный стандартный СЭ | 0,00 | 0,00 | Лампа накаливания в 100 ватт, 2000 1х +ИКлучи, λ = 900 200 000 шп |
| СЭ согласно изобретению | 0,46 | 17 πιΑ | Лампа накаливания в 100 ватт, 2000 1х + ИКлучи, λ = 900 200000 пт |
- 14 016932
Примечание к таблице: площадь измеряемой светочувствительной поверхности СЭ составляла 24x22 мм.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения
Для изготовления диффузионных пучковых двусторонних СЭ согласно изобретению может использоваться технология, применяемая как при изготовлении СЭ, так и стандартная полупроводниковая технология со стандартными полупроводниковыми материалами с учетом конструкционных решений, изображенных на фиг. 1-226. Для простоты на чертежах приведены лишь фрагменты схем конструктивного исполнения в разрезе и их вид с первой или второй стороны. Кроме того, в дальнейшем для простоты под первым типом проводимости будет пониматься проводимость η типа, а под вторым типом - проводимость р типа, хотя ясно, что в отдельных частных случаях возможен обратный вариант (проводимость первого типа - р-проводимость, проводимость второго типа - η-проводимость).
Пример 1. Двусторонний пучковый преобразователь с дискретными собирающими областями.
На фиг. 1 представлен один из предлагаемых вариантов диффузионного ФЭП с N дискретными токосборными областями 2 и рш-переходами 2а.
На первой (верхней, подвергаемой непосредственному воздействию ЭМИ) стороне плоской подложки 1а (в частности, из монокристаллического кремния, имеющей за счет внедрения примесей, например трехвалентного бора, второй тип проводимости - р-проводимость) путем трафаретной печати либо другими известными методами, в т.ч. традиционными для полупроводниковой техники методами фотолитографии (с использованием фотошаблонов) вскрываются окна в маскирующем диэлектрике, например 81О2, в которые вводится примесь с первым типом проводимости (η-проводимостью). В результате этого на первой стороне подложки 1а образуются N отдельных однотипных по составу, размерам и иным характеристикам собирающих областей 2 с проводимостью первого типа. Эти N отдельных однотипных собирающих областей 2 с проводимостью первого типа совместно с материалом подложки 1а образуют N ρ-η-переходов 2а. На второй стороне подложки 1а аналогичным образом вводится высоколегирован' ный сплошной р -слой 3.
В таком преобразователе собирающий η'-слой первого типа проводимости в отличие от традиционных решений, известных из уровня техники, выполнен не сплошным, а в виде чередующихся дискретных и достаточно малых (при N>>1) η'-областей и р+-областей, при этом на первой стороне 1а остаются области второго типа р-проводимости (базовой проводимости подложки), формирующие зоны пропускания ЭМИ и обеспечивающие доступ коротковолновой части падающего излучения в объем преобразователя.
В зависимости от конструктивного решения конфигурация областей 2 с первым типом проводимости может выполняться различной: квадратной, круговой, сотовой, меандровой, глобулярной или любой другой. Предпочтительным является выполнение этих областей 2 однотипными, т.е., по существу, одинаковыми.
Однотипные области 2 предпочтительно отделяются друг от друга оксидным или другим диэлектрическим изолирующим слоем 4, в качестве которого могут использоваться традиционные просветляющие покрытия. К собирающим областям 2 прилегают контакты 4а, которые соединены с полосковыми участками первого (верхнего) электрода 5а и предпочтительно закрываются этими участками полностью по вариантам, к примеру, представленным на фиг. 2 и 3 (возможны, впрочем, и другие варианты выполнения шин).
Поперечный размер собирающих областей 2 и ширину полоскового участка первого электрода целесообразно выполнять менее 50 мкм, и в предпочтительном случае следует снижать до ничтожно малых размеров, т.е. до размеров, допустимых с учетом разрешающего уровня фотолитографии на данном этапе развития техники (либо до еще меньших размеров при использовании иного высокоточного способа нанесения рисунка с более высокой разрешающей способностью).
В различных частных случаях участки первого электрода 5а и собирающие области 2 могут быть линейчатыми, полосково-сетчатыми, сетчатыми, участки первого электрода могут полностью затенять дискретные собирающие области 2. Тем не менее, во всех случаях расстояние между полосковыми участками первого электрода и расстояние между дискретными собирающими областями 2 (и переходами 2а) составляет величину Р, соизмеримую с диффузионной длиной ННЗ, т.е. соответствующую условию Р<2£. Полосково-линейчатые участки 5а предпочтительно объединены в пучок, или токовый узел, поперечной магистральной шиной, которая также в свою очередь может иметь пучковое строение, т.е. состоять из нескольких более тонких составляющих полосок.
Каждая собирающая область 2 первого типа проводимости путем дифференциации может быть преобразована в отдельный токовый узел. Производные узлов также могут быть дифференцированы вплоть до пределов разрешения современных уровней литографии. Чем выше степень дифференциации, тем ниже сопротивление в токовом узле, тем выше эффективность ФЭП.
Расположение токопроводящих собирающих участков первого электрода и/или собирающих областей 2 может быть иной, например типа полоска в полоску (или зуб в зуб), как это представлено на фиг. 4, или иметь вид сетки с отдельными однотипными ячейками на фиг. 5. При этом наибольший поперечный размер Р ячейки делается намного меньше диффузионной длины £, т.е. должно быть соблюдено неравенство Р<<2£. В конструкции, представленной на фиг. 5, участки 5а первого электрода выполнены
- 15 016932 для снижения степени затемнения игольчатыми с переменным сечением по длине.
На фиг. 6 представлена также полосковая контактная система с линейчатыми, или усовидными, собирающими областями 2 (т.е. сочетанием продольных и поперечных областей 2), а также с игольчатыми шинами 5а, имеющими, как показано на фиг. 5 переменное сечение (или сужение) по длине к краям для уменьшения степени затемнения. Расстояние Р между собирательными элементами 2 выполняется так же, как в предыдущей конструкции намного меньше диффузионной длины ί, т. е. должно быть соблюдено неравенство Ρ<<2ί.
Во всех таких конструкциях также обеспечиваются снижение электрического сопротивления и реализация токового узла, т.е. эффекта пучка.
В этих конструкциях, в зависимости от варианта, расстояния Р между отдельными однотипными рп-переходами с собирающими областями должны соответствовать основному неравенству ФЭП: Ρ<2ί, либо Ρ<<2ί, где ί - диффузионная длина ННЗ. Общему неравенству (1) ФЭП в общем случае подчиняются и расстояния между примыкающими к собирающим областям 2 токосъемных шин.
Далее, на второй стороне подложки, например, методом фотолитографии, вскрываются контакты 4Ь и формируются полосковые или линейчатые участки второго электрода 5Ь с токопроводящими шинами, обеспечивающими контакт с внешними электрическими цепями. Электродная система 5 Ь предпочтительно выполняется аналогично первому электроду 5а полосковой в различных вариантах и конструкциях, представленных на фиг. 2-6 с расстояниями между шинами Ρ<2ί и Ρ<<2ί.
Таким образом, второй электрод 5Ь объединен также как и первый 5а в один токовый узел, т.е. имеет пучковое строение, обеспечивающее минимальное внутреннее сопротивление контактной системы. Однако при этом основным отличием в ФЭП по изобретению являются ничтожно малые расстояния между токосборниками, позволяющие провести сбор ННЗ с ничтожно малыми временами жизни. Создание поперечного и продольного градиента концентрации зарядов (путем, например, частичного затенения сторон преобразователя от ЭМИ) позволяет осуществить токосбор с широкого диапазона ЭМИ: начиная с длинноволнового спектра, включая миллиметровые и ниже частоты излучения, так и достаточно коротковолнового спектра - УФ-диапазона и выше.
Конструкция токособирающей и контактной системы (в т.ч. собирающих областей и токосборных электродов), таким образом, является основным и наиболее важным элементом в достижении технического результата при выполнении ФЭП по изобретению. При любой конструкции преобразователя и конфигурации токособирающих и токосъемных элементов их взаимное расположение друг от друга (предлагаемое сейчас или в будущем) выполняется на расстоянии, соизмеримом с длиной диффузии ННЗ, т.е. должны быть выполнены соотношения Ρ=ί, Ρ=2ί, Ρ<ί, Ρ<2ί, либо Ρ<<2ί. При образовании ННЗ под действием падающего ЭМИ необходимо, чтобы ближайший токосборник находился на расстоянии не более длины, предпочтительно менее его диффузионного пробега с тем (следовательно, расстояние между самими токосборниками должно быть менее удвоенной диффузионной длины ННЗ), чтобы за время своей жизни заряд успел дойти до собирающего элемента и уйти во внешнюю цепь. Поэтому к токопроводящим сборникам, контактам и шинам предъявляются требования хороших электропроводящих свойств. Это в изобретении обеспечивается пучковым строением токопроводящей контактносъемной и собирающей системы или конструкцией, состоящей из множества N составляющих тонких элементов, объединенных в токовый узел.
Как показали эксперименты авторов изобретения, для статистической выборки, состоящей из некоторого множества (например, Υ>>1) тонких токосъемных проводящих элементов толщиной менее 50 мкм (опыты проводились до ничтожно малых размеров) и длиной менее 5000 мкм, электрическое сопротивление хотя бы одного элемента выборки будет равным или близким к нулю. И если теперь статистическую выборку из N>>1 р-п-переходов с примыкающими к ним тонкими участками - токосборниками объединить с помощью одной или нескольких шин в параллельную цепь или пучок, то в таком токовом узле сопротивление по закону шунта будет иметь значение меньше наименьшего, т. е. нулевым или близким к нулю. Практически в экспериментах нулевое значение обнаруживалось в параллельной цепи с токовым узлом при числе Υ> 1 токопроводящих участков для достаточно малых размеров или дискретных или линейчатых р-п-переходов с их собирающими областями. В уровне техники со сплошным слоем первого типа проводимости в токосъемных шинах со сравнительно большими линейными размерами, несмотря на их гребенчатую конструкцию, т. е. наличие в них параллельной цепи с токовым узлом и некоторого Υ>1 количества элементов-зубьев гребенки, эффект скачкообразного снижения электрического сопротивления не обеспечивается и не наблюдается.
Для создания токового узла и скачкообразного снижения сопротивления р-п-переходы с прилегающими к ним собирающими областями и токопроводящими участками выполняются малыми и дискретными (точечными) или полосковыми (линейчатыми с малым поперечным размером) либо сетчатыми или линейчато-сетчатыми. При этом число полосок N должно быть больше единицы, т.е. N>1 (для лучшего осуществления эффекта снижения сопротивления предпочтительно, чтобы N>>1 и размеры токосборников были малыми), протяженные (длинномерные) полоски шириной и толщиной менее 50 мкм объединяются поперечной токопроводящей полоской в токовый узел. Технологически методом фотолитографии такая система формируется одновременно, в один прием, т.е. сразу формируется гребенка или крест,
- 16 016932 в которых реализуется токовый узел. В полосково-сеточных и сеточных конфигурациях контактнособирающей системы, являющихся разновидностью полосковой, также реализуется токовый узел. Размеры ячеек в сеточных конструкциях должны также быть минимальными, соизмеримыми с диффузионной длиной неравновесных ННЗ, т.е. Р<<2£. Кроме того, полосковые шины могут объединяться в многослойные конструкции с диэлектрической прослойкой между основными слоями с единым токовым узлом, тем самым число составляющих элементов в пучке (или стопе) дополнительно увеличивается.
На фиг. 2 и 3 был представлен пример дискретных собирающих областей 2 с гребенчатополосковыми (линейчатыми) и крестообразно-полосковыми (линейчатыми) шинами, в которых часть п'области выступает за пределы металлизации 5а и не создает больших зон затемнения особенно для средне- и длинноволнового излучения. При этом принципиальным и основополагающим является расстояние между собирающими областями 2 и участками 2а первого электрода 2. Это расстояние в данном случае составляет менее удвоенной диффузионной длины Р<2£. Токовый узел в конструкциях на фиг. 2 и 3 создается за счет поперечной соединительной металлизации 5а.
На фиг. 4 представлена другая конструкция токособирательной и токосъемной системы. В нем от двух соединительных шин 5а, расположенных вдоль противолежащих краев подложки 1 на ее первой стороне 1а ответвляются полосковые участки первого электрода, направленные в сторону шины на другом краю подложки 1а так, что соседние участки электрода, расстояние между которыми удовлетворяет неравенству (1), ответвляются от разных шин (расположенных по разным краям подложки 1) по схеме зуб в зуб и входят один в другой. Это дает возможность одну из шин первой стороны электрически соединить с токосъемной шиной второй стороны преобразователя. В любом случае расстояния между шинами должны быть соизмеримыми с диффузионной длиной ННЗ, т. е. подчиняться основному неравенству ФЭП: Р<2£. Токовый узел в таких линейчатых конструкциях создается также соединительной поперечной металлизацией в 5а.
На фиг. 5, 6-12 приведены другие конструкции полосковых линейчатых токосборных съемных шин с поперечными элементами, объединяющих в токовый узел токосборники и переходы.
На фиг. 5 представлен пример сетчатых токосборных элементов с полосковыми токосборными участками первого электрода 5а. При этом шины в этом варианте выполнены игольчатыми с переменным сечением по длине с целью снижения затенения, а расстояния Р между шинами-иголками менее 2£, т.е. Р<2£. Размер Р сеточных ячеек в этой конструкции составляет Р<<2£.
В вариантах фиг. 11, 12 также представлены конструкции дискретных собирательных элементов 2. Расстояния Р между дискретными элементами 2 выполняются менее диффузионной длины, т.е. Р<<2£.
В варианте фиг. 6 представлен вариант сочетания линейчатых (полосковых) токосборных участков 2 с ответвлениями (усообразными), расположенных друг от друга на расстоянии Р<<2£, и игольчатых шин с переменным сечением по длине с целью снижения затенения и расположенных на расстоянии друг от друга Р<2£.
В вариантах фиг. 8-10 представлены линейчато-крестообразные собирающие элементы; в вариантах, представленных на фиг. 2, 3, 4-6, 10 собирающие области частично открытые; в вариантах на фиг. 8, 9, 11, 12 р-п-переходы с собирающими областями полностью затенены.
Образование зон затенения под п+-областями 2 и первым электродом 5а - незначительно, поскольку из-за незначительности размеров затенений происходит краевая дифракция ЭМВ, а с другой стороны, небольшие зоны затенения приводят к увеличению и направленности градиента концентрации к собирающим областям 2, что активизирует разделение зарядов, т.е. диффузионную составляющую тока. Как оказалось (см. текст далее), затенение до 20% и более не снижает эффективность ФЭП СИ. При этом во всех конструкциях СИ любая из двух сторон преобразователя является приемником ЭМИ - или первая, или вторая, или сразу две стороны.
Далее, сущность изобретения и достижение заявленного технического результата поясняются на других конкретных примерах и конструктивных вариантах осуществления двусторонних ФЭП с описанной выше токосборно-контактной системой.
Пример 2. Двусторонний пучковый преобразователь с линейчатыми собирающими областями.
Этот преобразователь в разрезе похож на предыдущий (см. фиг. 1а). Фрагмент первой стороны этого ФЭП наглядно представлен на фиг. 6 и он аналогичен первому варианту, приведенному на фиг. 1, но с тем отличием, что он содержит вместо дискретных собирающих п+-областей длинномерные (линейчатые) п+ собирающие области 2. Они содержат на первой стороне 1а полупроводниковой р-подложки 1 второго типа проводимости N>1 линейчатых собирающих п+-областей 2 первого типа проводимости, отделенных друг от друга диэлектрическим слоем 4 и образующие с подложкой р-п-переходы 2а, т.н. зоны преобразования, в которых происходит разделение зарядов с образованием контактной разности потенциала. Линейчатые собирающие области 2 в целом представляют пучковую систему из N линейчатых или полосковых элементов. В свою очередь каждая линейчатая собирающая область 2 может состоять из пучка более тонких собирающих элементов (должен выполняться принцип: пучок в пучке). Все зависит от того, позволяет ли это сделать уровень и разрешающая способность литографии. Если позволит разрешающая способность литографии, пучковую систему необходимо и дальше дифференцировать таким образом, чтобы каждый линейчатый элемент состоял из более мелких пучковых элементов.
- 17 016932
К собирающим областям первого типа проводимости присоединен и прилегает первый собирающий проводящий электрод 5а. Первый токосборный проводящий электрод 5а объединяет собирающие области 2 первого типа проводимости в параллельную электрическую цепь, в пучок - т.е. в единый токовый узел. Проводящие шины электрода 5а или 5Ь изолируются от подложки слоем диэлектрика 4.
Со второй стороны создается р+ легированная отклоняющая сплошная область 3, к которой прилегает второй токосборный проводящий электрод 5 Ь. Вторая сторона конструктивно ничем не отличается от предыдущего варианта и может быть выполнена в любой конфигурации шин, представленных на фиг. 2-12. Как и в первом варианте, для снижения внутреннего сопротивления изготавливается гребенка или сетка с единым токовым узлом.
Пример 3. Двусторонний пучковый преобразователь с традиционной собирающей п+-областью и линейчато-сеточными собирающими шинами.
Вариант этого преобразователя отличается простотой выполнения (см. фиг. 13а и 13). На первой стороне подложки размещена одна (Ν=1) сплошная токосборная область 2 первого типа проводимости с одним р-п-переходом и с числом ν>1 токосборных участков первого электрода в виде линейчатых узких полосок, электрически соединенных с указанной областью с первым типом проводимости, объединенных в токовый узел и расположенных друг от друга на расстоянии, соответствующем основному неравенству (1): Е<2£, т.е. с шагом, соизмеримым с длиной диффузионного пробега ННЗ. Для снижения объемной рекомбинации ННЗ в таком преобразователе может быть снижена толщина подожки до Е<£. В этих СЭ хорошо обеспечивается токосбор как длинноволновой части спектра ЭМИ, так и коротковолновой. Шины на первой стороне и второй стороне ФЭП могут конструктивно быть выполнены полосковыми или линейчатыми (зуб в зуб), как это представлено на фиг. 4, 6, 7; сеточными как это представлено на фиг. 5; крестообразными как это представлено на фиг. 8.
Пример 4. Двусторонний пучковый преобразователь с дискретными отклоняющими элементами и полосково-линейчатыми и сеточными собирающими шинами.
В отличие от предыдущих вариантов в этом варианте ФЭП выполняется с дискретными (или как вариант линейчатыми) собирающими областями 2 первого типа проводимости на первой стороне подложки и М дискретными высоколегированными отклоняющими элементами 3 на второй стороне подложки 1Ь (см. фиг. 14). При этом высоколегированные (подлегированные) отклоняющие области 3 расположены на второй стороне аналогично тому, как это показано для собирающих областей 2 на фиг. 2, 3. Кроме того, высоколегированные дискретные р'-области 3 расположены непосредственно под дискретными п'-областями 2. Эффективность такого преобразователя во многом зависит от точного расположения элементов 3 под элементами 2. Далее, дискретные высоколегированные области 3 расположены под полосковыми участками 5Ь второго электрода, а сами области 3 отделены друг от друга диэлектриком 4. При этом М>1 высоколегированных областей 3 объединены в токовый узел с помощью токосборных участков и объединяющих их во второй электрод шин 5Ь. В целом контактная система первой стороны и второй стороны может быть выполнена сеточной, как это показано на фиг. 5, или полосковым (линейчатым), как это показано на фиг. 2-4, 6-12. Причем собирательные области, расположенные на первой стороне, могут быть открытыми или частично затененными соответствующей конфигурацией шины. Расстояние между собирательными элементами и съемными шинами на первой и второй стороне, как и в других случаях, соответствует основному неравенству ФЭП и составляет менее удвоенной диффузионной длины ННЗ, т.е. Е<2£.
Пример 5. Двусторонний пучковый преобразователь с квантовыми ловушками.
Преобразователи этой конструкции представлены на фиг. 15а, 15.1а, 15.1, 16, 17а, 17. Как варианты квантовые ловушки могут быть размещены на разных сторонах ФЭП и иметь различную конструкцию и конфигурацию. В отличие от конструкций, представленных в примерах 1-4, предлагаемые варианты ФЭП могут эффективнее преобразовывать широкий диапазон оптически видимого и невидимого ЭМИ, в особенности УФ-часть спектра ЭМИ и выше.
В предлагаемых вариантах расширение диапазона преобразуемых частот от оптически видимых в сторону высокочастотного УФ-излучения и выше, а также низкочастотного ИК-излучения и ниже, а также снижение поверхностной и объемной рекомбинации ННЗ осуществляются за счет создания глубоких квантовых ловушек 7 между токосборными участками первого (и/или второго) электрода, расположенных на боковой поверхности по всей глубине, обеспечивающих захват и поглощение фотонов по поверхности и объему СЭ. При этом в описываемом примере, как и в других, принципиально важным в достижении заявленного технического результата является соблюдение соотношения размеров собирающих областей и расстояний между ними, учитывающих время жизни ННЗ и его диффузионный пробег.
Квантовые ловушки, приведенные на фиг. 15а, 15, представляют собой пирамидальные (усеченные у вершины) дискретные углубления 7, расположенные вершиной вниз. Как вариант возможны углубления любой другой геометрической конфигурации. Например, вариант пирамидальных ловушек (фиг. 15.1а и 15), как вариант на фиг. 16, 17 представлены ловушки в форме вертикальных канавок (желобов), в сечении имеющих вид перевернутой трапеции 7 (или лотка-акведука), причем на этих чертежах видно, что конфигурации различных квантовых ловушек могут комбинироваться. Например, на первой стороне может быть расположена конфигурация типа акведук, а на второй - конфигурация типа линейчатой
- 18 016932 канавки с треугольным сечением или с пирамидальной дискретной конфигурацией и т.д. Расстояния между ловушками с токосборными участками 5а (или 5Ь) соизмеримы с диффузионной длиной ННЗ.
Квантовые ловушки 7 расположены между токосборными линейчатыми полосковыми (гребенчатыми) участками соответствующего электрода вдоль тонких полос или зубьев такой гребенки. Токопроводящая полоса 5а (или 5Ь - зуб гребенки) проходит вдоль квантовой ловушки на первой стороне (или на второй стороне) преобразователя таким образом, что частично закрывает первую сторону преобразователя вдоль расположения ловушки, обеспечивая таким путем токосбор зарядов с поверхности или из объема преобразователя и тем самым устраняя поверхностную и объемную рекомбинацию. Расстояние между квантовыми ловушками соизмеримо с длиной диффузии ННЗ, т.е. соответствующей основному неравенству ФЭП Ρ<2ί . Благодаря такой конструкции увеличивается глубина и площадь проникновения высокоэнергетичной коротковолновой части спектра ЭМИ в полупроводниковую подложку. При этом глубина квантовой ловушки делается достаточно большой, чтобы обеспечить эффективный захват коротковолновых квантов по всему объему преобразователя.
Пример 6. Двусторонний пучковый преобразователь с отклоняющими элементами и квантовыми ловушками.
Преобразователи с отклоняющей системой представлены на фиг. 18а, 18, 19а, 19Ь, 19с. В отличие от предыдущих примеров в этих ФЭП к квантовым ловушкам встраиваются дополнительные внутренние отклоняющие электрические поля с помощью элементов 6, которые позволяют эффективно управлять процессом токосбора и рекомбинации ННЗ как на поверхности, так и в объеме ФЭП. С этой целью на первой или на второй стороне между областями 2 и/или участками электрода легированием поверхности подложки 1 выполняются дискретные (отдельные), продольные и т.п. отклоняющие области 6 первого типа п+ или 6а второго типа р+-проводимости. Отклоняющие встроенные поля, образующиеся в связи с введением отклоняющих областей 6, 6а, просто и эффективно устраняют рекомбинацию ННЗ, позволяют регулировать эффективность работы ФЭП. Конструктивно отклоняющие элементы 6 могут быть протяженными и замкнутыми вокруг собирательных элементов или областей 2 (см. фиг. 9-12), могут быть также дискретными и быть расположенными вокруг токособирающих элементов 2 (см. фиг. 12).
В преобразователях с отклоняющими элементами, как и в примере 5, комбинируются различные конфигурации квантовых ловушек.
На фиг. 18а и 18 показан фрагмент двустороннего преобразователя с отклоняющими п+-элементами 6 и квантовыми ловушками типа акведук (продольными в плане и в виде усеченной пирамиды или в виде трапеции в поперечном сечении - на первой стороне) и типа канавки с треугольным сечением (вторая сторона). Отклоняющий р+-слой 3 выполнен сплошным.
На фиг. 19а показан фрагмент двустороннего преобразователя с отклоняющими п+-элементами 6, р+-элементами 6а и квантовыми ловушками типа акведук (на первой стороне) и типа пирамида (вторая сторона). Отклоняющие р+-элементы 3 и 6а выполнены прерывистыми и глубокими.
На фиг. 19Ь показан фрагмент двустороннего преобразователя с отклоняющими п+-элементами 6, р+-элементами 6а и квантовыми ловушками типа акведук (на первой стороне) и типа пирамида (вторая сторона). Отклоняющие р+-элементы 3 и 6а выполнены прерывистыми.
На фиг. 19с приведен фрагмент двустороннего преобразователя с отклоняющими п+-элементами 6, р+-элементами 6а и квантовыми ловушками типа акведук (на первой стороне) и типа пирамида (вторая сторона). Отклоняющие р+-элементы 3 и 6а выполнены прерывистыми. Области 2 и 3 расположены друг против друга.
Расстояния между токосборными и токосъемными шинами, а также расстояния между отклоняющими элементами также подчиняются основному неравенству (1) для ФЭП по изобретению: Ρ<2ί.
Пример 7. Двусторонний пучковый преобразователь с управляющим полевым электродом.
Предлагаемый в этом примере ФЭП (см. фиг. 20) принципиально отличается от других примеров тем, что если предыдущие варианты фактически основаны на механизмах диффузионного тока, то в данном примере к нему добавляются эффекты дрейфового тока и полный ток, получаемый от преобразователя, будет диффузионнодрейфовым. При этом условия соблюдения неравенства между местом нахождения ННЗ и токосборниками остаются прежними, т. е. расстояния между собирающими областями 2 и/или участками электрода равны, как и прежде, Ρ<2ί. Конструктивно между проводящими участками 5а (как вариант можно и между участками второго электрода 5Ь) размещен расширенный электрод из слоя поликремния 8ί* 10 (подобно тому, как это сделано в МОП конденсаторах или транзисторах, на которые подается потенциал смещения, например, от р-п-перехода или другого источника ЭДС). Подачей того или иного смещения на полевой электрод 10 через контакт 5ά регулируется рекомбинация ННЗ, а в итоге можно увеличить значение фототока и эффективность энергоконверсии ФЭП.
Вариант комбинированной конструкции ФЭП приведен на фиг. 20, на котором показан фрагмент двустороннего преобразователя с управляющим полевым расширенным электродом 10, дискретными отклоняющими элементами 3, 6, 6а и квантовыми ловушками 7. Металлический контакт 5ά электрически соединен с полевым электродом 10, например, на основе поликремния 8ί*. Конфигурация и расположение полевых управляющих электродов могут быть различными. Полевые электроды могут быть размещены как на первой стороне, так и на второй стороне, или одновременно на обеих сторонах ФЭП. При
- 19 016932 этом конструкции отклоняющих элементов 3, 6, 6а могут быть различными: протяженными, сплошными, дискретными, непрерывными и прерывистыми.
Полевые управляющие электроды и оптимальные расстояния между токосборными и съемными элементами (в соответствии с неравенствами (1) и (3)) позволяют с наименьшими потерями и с большой эффективностью осуществлять токосбор в ФЭП.
Пример 8. Двусторонний пучковый многопереходный преобразователь с мультикаскадным умножением потенциала.
В отличие от предыдущего примера в этой конструкции в структуре ФЭП встраиваются не полевые управляющие электроды с отклоняющими полями, а дискретные многокаскадные умножители напряжения холостого хода, которые в зависимости от количества р-п-переходов повышают потенциал ФЭП. В таком преобразователе практически исключены потери, приводящие к снижению КПД преобразователя.
На фиг. 21 приведен фрагмент двустороннего пучкового преобразователя с дискретными собирающими областями 2 первого типа проводимости (на первой стороне) и многокаскадным умножителем напряжения холостого хода (на второй сторонне). В такой конструкции один переход - это один каскад усиления (умножения) напряжения. Если в ФЭП число каскадов (или р-п-переходов) в элементарной ячейке будет Νκ, то общий потенциал умножится в Νκ раз. На фиг. 21 число каскадов умножения Νκ=2. Самих умножителей в элементарной ячейке ФЭП может быть больше 1, или больше 10, или больше 100, или больше 10000, 100000 и т.д. Как вариант возможен Νκ=1.
В представленном на фиг. 21 умножителе потенциала (вторая сторона ФЭП) область 3 второго типа проводимости создается в области первого типа проводимости 8, образующей р-п-переход 8а с подложкой 1, закороченный металлической перемычкой 9. р-п-переход 8Ь, образованный областями 3 и 8, образует диод, повышающий напряжение холостого хода преобразователя. При этом, как вариант, ФЭП может быть выполненным без перемычки 9. Расстояния между токосборниками и съемниками в этой модификации ФЭП также подчиняются основному неравенству ФЭП (1).
На фиг. 22а и 22 показан другой частный случай ФЭП со встроенным многокаскадным умножителем потенциала. На этих чертежах, в частности, представлен фрагмент двустороннего дискретного преобразователя с элементарным многокаскадным умножителем напряжения холостого хода (на первой стороне - фиг. 22а) со сплошным отклоняющим слоем 3 (на второй стороне - фиг. 22). На фиг. 22а и 22 фрагмент представляет подъячейку ФЭП с одним элементарным многокаскадным умножителем. В целой элементарной ячейке ФЭП число таких подъячеек с элемнтарным умножителем потенциала составляет число 0>1 (как вариант возможны случаи 0=1 или 0>>1).
Элементарный каскад умножителя представляет собой последовательность чередующихся слоев противоположных типов проводимости, например в подложке 1 второго типа проводимости р создается легированный слой первого типа проводимости 14, в котором в свою очередь создается р слой 13, а в нем создается п-слой 12, в слое 12 создается слой 11 и т.д. При этом слои п+ и р+ чередуются. Чередование этих слоев приводит к образованию последовательности из числа Νκ р-п-переходов 2а, 11а, 12а, 13а, 14а и т.д. Переходы 11а, 13а, как это показано на фиг. 22а и 22, могут быть закорочены металлизацией 15Ь, 15с через контактные окна 4Ь, 4с. Как вариант ФЭП они могут быть и не закороченными накоротко.
Собирающая область 2 через контактное окно 4а в диэлектрике 4 соединена с токосборными элементами первого электрода 5а, посредством которых каскадные элементы объединяются между собой в токовый узел. Объединение подъячеек ФЭП с элементарным умножителем потенциала в ячейку ФЭП может быть по различным схемам, например по схеме голова с головой, хвост с хвостом или голова с хвостом. При этом основополагающий принцип при построении ФЭП с умножителем потенциала остается прежним: токосборники и съемники располагаются согласно основному неравенству (1) ФЭП по изобретению.
Пример 9. Двусторонний пучковый преобразователь с оптимальной толщиной полупроводниковой подложки.
Предлагаемый в этом варианте преобразователь в отличие от всех предыдущих примеров отличается тем, что для эффективности токосбора вводится ограничение по толщине полупроводниковой подложки. В сущности все варианты, представленные на фиг. 1, 1а, 13-22, выполняются по толщине с учетом основного неравенства ФЭП. Поэтому для эффективности сбора и устранения объемной рекомбинации толщина полупроводниковой пластины (точнее расстояние от собирающей области 2 до отклоняющей области 3) должна быть размером менее Р<£. Это делается для того, чтобы образовавшийся при воздействии кванта ЭМИ заряд не рекомбинировал в объеме, а мог бы попасть сразу на ближайший токосборник, размещенный на первой или на второй стороне подложки (см. фиг. 20). Регулирование толщины пластины полупроводниковой подложки в соответствии с основным неравенством ФЭП позволяет расширить диапазон ЭМИ в сторону видимых и невидимых частот.
Экспериментальные доказательства осуществления технического эффекта
Существующие в уровне техники классические сплошные однопереходные ФЭП (см. фиг. 21) имеют токосборные шины 5а размером по ширине до 200-300 мкм, расположенные друг от друга с периодом или шагом Р>£ (т.е. 800-3000 мкм). При этом градиент концентрации ННЗ вдоль оси X практически выравнен так, что диффузионная составляющая тока обусловлена изменением концентрации вдоль оси Υ и
- 20 016932 полем области 2 (т.е. обусловлена поперечной составляющей диффузионного тока) и направлена вдоль оси Υ (фиг. 23).
В примерах 1-9, представленных на фиг. 1-226, используется контактная и токосборная система в виде узких взаимосвязанных распределенных или точечных контактов 4а в диэлектрике 4 и N полосковых, линейчатых, узких, усовидных или сеточных токосборных металлизированных полос 5а или 5Ь, объединенных общей (магистральной) шиной в один токовый узел и расположенных согласно основного неравенства ФЭП на расстоянии Р<2£ друг от друга, где £ - диффузионная длина ННЗ.
Под шинами, образующими области затенения, генерация ННЗ не происходит или, если учесть небольшую краевую дифракцию, то генерация происходит незначительно. В силу этого на границах затемнения объема преобразователя 1 непрозрачным (металлическим) электродом 5а или 5Ь искусственно создается сильный продольный градиент концентрации зарядов, в результате которого возникает продольная составляющая диффузионного тока.
Таким образом, в преобразователях по изобретению к поперечной составляющей диффузионного тока вдоль оси Υ добавляется продольная составляющая вдоль оси X. В результате общий диффузионный ток суммируется, причем Х составляющая намного больше Υ составляющей, что приводит к существенному увеличению мощности и эффективности ФЭП согласно предлагаемому варианту. При этом суммарный эффект и величина продольной составляющей диффузионного тока зависит от числа периодичности неоднородностей, создающих градиент концентрации ННЗ, т. е. от числа областей 2 и полосковых участков 5а, 5Ь, затеняющих подложку и тем самым изменяющих градиент концентрации.
Как оказалось, система областей затемнения не только создает продольную составляющую диффузионного тока, но и положительно сказывается на внутреннем сопротивлении преобразователя, практически не влияя на величину выходного тока, обусловленного увеличением общей площади затенения.
В доказательство осуществления заявленных технических результатов были изготовлены образцы пучковых преобразователей с поперечной и продольной диффузионной составляющей тока. Были изготовлены образцы ФЭП согласно изобретению со сплошным р-п-переходом и узкими токосборными участками электрода шириной намного меньше 50 мкм с расстоянием между этими участками, соизмеримыми с диффузионной длиной ННЗ, а также стандартные контрольные ФЭП со сплошным р-ппереходом и с токосборными широкими шинами и шагом методу шинами 2000-3000 мкм.
Данные измерений этих ФЭП в спектре обычной лампы накаливания представлены на фиг. 24, на котором показаны зависимости плотности тока короткого замыкания 1КЗ контрольного (кривая 16) и экспериментальных (кривые 17-19) образцов: 16 - вариант стандартного контрольного образца со сплошным р-п-переходом с шириной токосборной шины 200 мкм и расстоянием между токосборными шинами 2000 мкм, со степенью затемнения металлизацией 8,4%; 17 - образец со сплошным токосборным слоем по варианту фиг. 7 или 23 с шириной токосборных шин 18 мкм и расстоянием между токосборными шинами менее 200 мкм, степень затемнения металлизацией 8,2%; 18 - образец с крестообразными токосборными областями 2, полностью закрытых металлизацией, как показано на фиг. 4, с шириной токосборных шин 18 мкм и расстоянием между токосборными шинами 200 мкм, степень затемнения металлизацией до 25%; 19 - вариант фиг. 10 с частично открытыми дискретными крестообразными элементами, но без отклоняющих элементов 6 со степенью затемнения 8,2%.
Соотношение площадей собирающих областей 2 вариантов кривых 8, 9 с вариантами кривых 10, 11 составляет 10:1, т.е. площадь собирающей п+-области в вариантах кривых 10 и 11 на порядок меньше, чем в вариантах, обозначенных кривыми 8 и 9. Кривая 16 на фиг. 24 демонстрирует насыщение тока короткого замыкания на уровне 60 мА для ФЭП со сплошным переходом за счет высокого внутреннего сопротивления мертвого слоя 2: не основные носители, образовавшиеся в объеме преобразователя ниже мертвого слоя движутся по направлению к этому слою, собираются им и далее вдоль этого слоя к шине 5 а.
Плотность поперечной составляющей диффузионного тока _)Υ при наличии градиента концентрации бп/бу ίν = Ч ϋ (бп/бу), 4) где с.| - заряд электрона;
Ό - коэффициент диффузии.
При появлении продольной составляющей градиента концентрации бп/бх, обусловленной зонами затемнения, появляется продольная составляющая тока ίχ = ч О (бп/бх), 5) а в силу резкого перепада концентраций, т.е. при (бп/бх)>(бп/бу), плотность продольной составляющей тока больше плотности поперечной: _)Χ>)Υ. Полная плотность тока ΐ = ΐχ +ΐγ· 6)
Об этом свидетельствует кривая зависимости тока короткого замыкания от интенсивности светового потока (кривая 16), которая расположена по токовой оси значительно ниже кривых 17-19. Это объясняется еще и тем, что значительная доля образовавшихся ННЗ рекомбинирует в объеме не доходя до токосборного слоя 2.
При расстояниях между электродами, сопоставимыми с диффузионными длинами ННЗ, носители,
- 21 016932 соответствующие поперечной диффузионной составляющей тока, свободно доходят до токосборных электродов и в результате кривые 17-19 ложатся на токовой оси существенно выше.
Кривые 17, 19 наглядно иллюстрируют эффект продольной составляющей диффузионного тока, который в отличие от поперечной составляющей диффузионного тока короткого замыкания не пропорционален площади р-п-перехода. Как видно из фиг. 24, кривые 17, 19, характеризующие эффект продольного диффузионного тока, расположены существенно выше по токовой оси.
Таким образом, экспериментальные результаты свидетельствуют о том, что для получения максимального эффекта собирания тока необходимо оптимизировать расположение токосборных областей в соответствии с основным неравенством для ФЭП и создать систему искусственных поверхностнообъемных микронеоднородностей (СИПОМ), представляющих собой в общем случае не только чередование п+- и р+-областей, но и систему затененных участков, повышающих градиент концентрации ННЗ.
В общем случае, анализ СЭ, выполненных согласно изобретению, свидетельствует о том, что под действием кванта излучения образование ННЗ происходит в любом месте подложки: или в п-слое, или в р-слое. Поэтому необходимо искусственно создавать градиент концентрации зарядов, производить их разделение полем (встроенных) N р-п-переходов и эффективно, в соответствии с основным неравенством для диффузионных длин ННЗ, собирать их линейчато-сеточной конструкцией токосборных областей, обеспечивающих создание токового узла с сопротивлениями р-п-переходов.
Измерения вольт-амперных характеристик ВАХ в условиях спектра АМО, 1353 Вт/м2 при 25°С также подтверждают заявленный технический результат изобретения. На фиг. 25 приведены ВАХ для контрольного СЭ с расстоянием между токосборными шинами 2000 мкм (кривая 22) и для вариантов с расстоянием согласно основному неравенству ФЭП Р<2£ (кривая 23) и Р=2£ (кривая 22). Из фиг. 25 видно, что ВАХ для СЭ согласно изобретению отличается очень существенно: кривые 22 и 23 расположены по токовой оси существенно выше. Расчет максимального КПД по этим кривым показывает, что для СЭ СИ превышает 28-30%, что свидетельствует о качественном скачке в преобразовании солнечной энергии.
На фиг. 26 приведены кривые зависимости плотности тока в ИК-диапазоне (для измерения использовалась лампа накаливания мощностью 150 Вт с ИК-излучателем от 900 до 200000 нм) для контрольного СЭ (кривая 24) и для дискретных СЭ согласно изобретению с расстояниями между токосборными областями в соответствии с основным неравенством ФЭП (кривые 24 и 25). Изменение интенсивности освещения производилось путем приближения источника к преобразователю так, что температура образцов повышалась от 298 К до 473 К. Из фиг. 26 видно, что контрольный стандартный СЭ элемент проходит точку насыщения и деградирует в условиях действия интенсивного ИК-излучения и температуры, в то время как для экспериментального ФЭП СИ при этих же условиях наблюдается увеличение тока. В пределах измеренных интенсивностей освещения насыщения токовых характеристик не было получено. В целом величина фототока увеличивается пропорционально увеличению интенсивности освещения. Это свидетельствует о том, что фототок для конструкции СЭ согласно изобретению не пропорционален освещаемой площади р-п-переходов, как это было принято в уровне техники. Таким образом, авторами предлагаются принципиально отличные от уровня техники ФЭП.
В целом проведенные измерения ФЭП, выполненные согласно изобретению, показали, что заявленные преобразователи функционируют в широком диапазоне ЭМИ: в видимом и невидимом до УФ, рентгена и выше, а также ближнего ИК и ниже. Предлагаемые ФЭП, включая конструкции с отклоняющими и дрейфовыми управляющими полями, позволяют контролировать и регулировать величину и эффективность энергоконверсии в СЭ СИ. В таблице для примера приведены характеристики (напряжение холостого хода и ток короткого замыкания) СЭ в широком диапазоне ЭМИ. Из полученных данных и таблицы видно, что, если контрольные СЭ генерируют ток и ЭДС только в видимой части спектра ЭМИ, то согласно изобретению - в видимой и невидимой части: от ИК до УФ и рентгеновского излучения и причем величина токов короткого замыкания и напряжения холостого хода ФЭП СИ на порядок превосходит контрольные стандартные образцы.
Спектральная чувствительность стандартных СЭ ограничена как в коротковолновой (УФ и выше) области спектра, так и в длинноволновой ИК-области не столько свойствами кремния, а конструктивными особенностями преобразователей и вне диапазона 400-1200 нм практически равна нулю (фиг. 27, кривая 26). На фиг. 27 кривая 26 отображает приращение плотности тока стандартного промышленного СЭ, т.е. вклад, который вносит каждая из длин волн солнечного спектра в плотность тока короткого замыкания.
Измерения приращения плотности тока короткого замыкания пучкового преобразователя согласно изобретению в различных измеренных частотах ЭМИ приводит к кривой 27 (фиг. 27). Спектральная чувствительность пучкового диффузионного СЭ, выполненного согласно основному условию неравенства ФЭП, существенно шире (фиг. 27, кривая 27). При этом на кривой приращения плотности тока от длины ЭМИ образуются три максимума поглощения - один в холодной части на длине 500 нм, другой в видимой, а третий в ИК-спектре на длине 1700 мкм. Таким образом, ФЭП согласно изобретению превосходит уровень техники не только по вольт-амперным харктеристикам, но и спектральным, позволяет преобразовывать практически весь спектр электромагнитного излучения падающего на Землю. Кроме того, ФЭП согласно изобретению не боится высоких перепадов температур и инсоляции.
- 22 016932
На фиг. 28 и 29 приведены зависимости токов короткого замыкания и напряжения холостого хода для контрольного и согласно изобретению ФЭП в условиях одновременного влияния ИК-излучения и температуры. Как видно, контрольный ФЭП (кривая 28) практически не функционирует в условиях одновременного воздействия ИК-излучения и температуры. При этом из фиг. 28 и 29 видно, что эффективность ФЭП согласно изобретению в рабочих условиях, например, при Т=80°С (эта температура наибольшего нагревания СЭ на Земле, когда СЭ в реальных условиях получает наибольшую освещенность) превосходит контрольные, т.е. уровень техники почти в 2 раза. Кривые 29 и 30 соответствуют ФЭП без отклоняющих р+-элементов, кривая 31 соответствует дискретному преобразователю с отклоняющими областями с расстоянием между токосборными шинами Ε<2ί (см. фиг. 10). Как видно, предлагаемый ФЭП СИ практически в условиях ИК-излучения и температуры не только не снижает своих эксплуатационных характеристик, но и увеличивает до температуры 100-120°С ток короткого замыкания. В целом, таким образом, технический результат показан прямым и непосредственным выполнением заявленного изобретения.
Необходимо отметить, что выполнение ФЭП СИ по другим конструктивным вариантам также подтверждает заявленный технический результат. Особенно впечатляющими оказались результаты с преобразователями со встроенными многокаскадными умножителями напряжения холостого хода (см. фиг. 21226).
В заключение следует отметить, что вышеприведенные примеры представлены лишь для лучшего понимания сущности изобретения, а также его преимуществ и ни в коей мере не охватывают все возможные частные случаи его осуществления.
Специалисту будет ясно, что возможны и другие конкретные варианты его реализации, в частности, характеризуемые, например, материалами подложки, контактной системы и токопроводящих путей, конструкциями самих преобразователей и пр., отличными от прямо упомянутых в описании, но хорошо известными и применяемыми в данной области техники для аналогичных целей, а также характеризуемые числом р-п-переходов, прямо не упомянутым в описании, но однозначно следующим из существа изобретения. Кроме того, возможно применение подходов, использованных в настоящем описании для изготовления других полупроводниковых приборов с диодной структурой - фотодиодов, диодов, светодиодов, транзисторов, фототранзисторов, тиристоров, полупроводниковых лазеров, фоторезисторов и др. Возможно также предусмотреть и другие конкретные случаи осуществления изобретения, которые, однако, не будут выходить за рамки испрашиваемой правовой охраны, определяемой прилагаемой формулой изобретения.
Промышленная применимость
Преобразователи электромагнитного излучения (ЭМИ) могут быть применены для изготовления широкополосных высокоэффективных фотоэлектрических преобразователей (ФЭП).
Claims (33)
1. Преобразователь электромагнитного излучения, содержащий по меньшей мере одну собирающую область с проводимостью первого типа и по меньшей мере одну собирающую область с проводимостью второго типа, а также связанные с указанными областями первый и второй токосборные проводящие электроды, отличающийся тем, что на первой, воспринимающей падающее электромагнитное излучение стороне подложки с проводимостью второго типа выполнено N>1 областей с проводимостью первого типа, каждая из которых расположена относительно других областей с той же проводимостью на расстоянии Ε<2ί, где ί - величина, соизмеримая с диффузионной длиной или равная диффузионной длине неравновесных не основных носителей заряда.
2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что первый токосборный электрод электрически связан с каждой из указанных N областей с проводимостью первого типа.
3. Преобразователь по п.2, отличающийся тем, что первый токосборный электрод имеет N участков, каждый из которых прилегает к одной из указанных N областей с первой проводимостью, причем указанные N участков первого электрода объединены посредством по крайней мере одной токопроводящей шины.
4. Преобразователь по п.3, отличающийся тем, что указанные участки первого электрода выполнены в виде полос.
5. Преобразователь по п.4, отличающийся тем, что ширина каждой полосковой части первого электрода не превышает 50 мкм.
6. Преобразователь по п.4, отличающийся тем, что указанные полосковые участки отстоят друг от друга на расстоянии менее 2ί.
7. Преобразователь по любому из пп.4-6, отличающийся тем, что на первой стороне подложки между указанными участками первого электрода выполнены дискретные квантовые ловушки-углубления, имеющие в сечении пирамидальную форму и расположенные на подложке вершиной вниз на расстоянии друг от друга менее 2ί.
8. Преобразователь по любому из пп.4-6, отличающийся тем, что на первой стороне подложки меж- 23 016932 ду указанными участками первого электрода выполнены дискретные квантовые ловушки-углубления, имеющие в сечении форму усеченных сверху пирамид, расположенных на подложке вершиной вниз на расстоянии друг от друга меньше 2£.
9. Преобразователь по п.7, отличающийся тем, что указанные квантовые ловушки-углубления имеют в плане форму продольных выемок на первой стороне преобразователя.
10. Преобразователь по п.8, отличающийся тем, что указанные квантовые ловушки-углубления имеют в плане форму продольных выемок на первой стороне преобразователя.
11. Преобразователь по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что на первой стороне подложки размещен слой прозрачного для электромагнитного излучения диэлектрика, имеющий изъятия (отверстия), по меньшей мере, в зонах расположения электрических контактов первого электрода с областями первого типа проводимости.
12. Преобразователь по любому из пп.9, 10, отличающийся тем, что на первой стороне подложки размещен слой прозрачного для электромагнитного излучения диэлектрика, имеющий изъятия (отверстия), по меньшей мере, в зонах расположения электрических контактов первого электрода с областями первого типа проводимости.
13. Преобразователь по п.12, отличающийся тем, что под слоем диэлектрика на дне каждой из указанных выемок расположены отклоняющие области второго типа проводимости.
14. Преобразователь по п.13, отличающийся тем, что указанные отклоняющие области второго типа проводимости выполнены дискретными или полосковыми.
15. Преобразователь по любому из пп.1-6, 9, 10, 13, 14, отличающийся тем, что второй токосборный электрод расположен со второй стороны подложки поверх слоя диэлектрика, прозрачного для электромагнитного излучения и имеющего изъятия (отверстия), по крайней мере, в зонах расположения электрических контактов второго электрода по крайней мере с одной областью второго типа проводимости, расположенной со второй стороны подложки.
16. Преобразователь по п.12, отличающийся тем, что второй токосборный электрод расположен со второй стороны подложки поверх слоя диэлектрика, прозрачного для электромагнитного излучения и имеющего изъятия (отверстия), по крайней мере, в зонах расположения электрических контактов второго электрода по крайней мере с одной областью второго типа проводимости, расположенной со второй стороны подложки.
17. Преобразователь по п.15, отличающийся тем, что указанный второй электрод имеет М>1 участков, каждый из которых электрически соединен по крайней мере с одной областью второго типа проводимости со второй стороны подложки, причем указанные участки объединены посредством по крайней мере одной токопроводящей шины.
18. Преобразователь по п.16, отличающийся тем, что указанные М участков второго электрода выполнены полосковыми, причем расстояние между каждыми двумя полосами составляет величину меньше 2£.
19. Преобразователь по любому из пп.17, 18, отличающийся тем, что со второй его стороны между указанными участками второго электрода выполнены дискретные квантовые ловушки-углубления, имеющие в сечении пирамидальную или скошенную пирамидальную форму, расположенные на подложке вершиной внутрь толщи подложки с основанием на ее второй стороне на расстоянии друг от друга меньше 2£.
20. Преобразователь по любому из пп.17, 18, отличающийся тем, что со второй своей стороны он содержит не менее двух легированных областей второго типа проводимости, с каждой из которых электрически соединен по крайней мере один из М участков второго электрода.
21. Преобразователь по п.19, отличающийся тем, что со второй своей стороны он содержит не менее двух легированных областей второго типа проводимости, с каждой из которых электрически соединен по крайней мере один из М участков второго электрода.
22. Преобразователь по п.21, отличающийся тем, что число указанных легированных областей второго типа проводимости со второй стороны подложки равно М, причем с каждой из этих областей соединен один участок второго электрода.
23. Преобразователь по п.21 или 22, отличающийся тем, что на дне каждого из указанных углублений со второй стороны расположены отклоняющие области второго типа проводимости, так что для каждой из N областей первого типа проводимости напротив нее через толщу подложки расположена по крайней мере одна такая отклоняющая область со второй стороны.
24. Преобразователь по п.12, отличающийся тем, что над слоем диэлектрика с первой стороны полупроводниковой подложки размещен полевой управляющий электрод.
25. Преобразователь по любому из пп.1-6, 9, 10, 13, 14, 16-18, 21, 22, 24, отличающийся тем, что толщина полупроводниковой подложки не превышает £, где £ - величина, соизмеримая с диффузионной длиной или равная диффузионной длине неравновесных не основных носителей заряда.
26. Преобразователь по любому из пп.1-6, 9, 10, 13, 14, 16-18, 21, 22, 24, отличающийся тем, что на первой его стороне встроены многокаскадные дискретные умножители потенциала.
27. Преобразователь по любому из пп.1-6, 9, 10, 13, 14, 16-18, 21, 22, 24, отличающийся тем, что по
- 24 016932 крайней мере на одной из его сторон встроен трехкаскадный умножитель потенциала, причем первый каскад, представляющий диодную структуру Шоттки, преобразовывает коротковолновую часть, второй среднюю часть, а третий - длинноволновую часть спектра ЭМИ, и при этом все три каскада объединены во внутренней цепи преобразователя в один токовый узел.
28. Преобразователь по любому из пп.1-6, 9, 10, 13, 14, 16-18, 21, 22, 24, отличающийся тем, что токосборные элементы и электроды выполнены в виде дифракционной решетки, сетки или линз Френеля.
29. Преобразователь электромагнитного излучения, содержащий одну собирающую область с проводимостью первого типа и по крайней мере одну собирающую область с проводимостью второго типа, а также связанные с указанными областями первый и второй токосборные проводящие электроды, отличающийся тем, что первый электрод соединен с указанной областью с проводимостью первого типа, расположенной на первой, воспринимающей падающее электромагнитное излучение стороне подложки с проводимостью второго типа, причем первый электрод содержит Т>1 участков и расстояние между каждыми двумя такими участками меньше 2£, где £ - величина, соизмеримая с диффузионной длиной или равная диффузионной длине неравновесных не основных носителей заряда, и при этом указанные участки первого электрода объединены во внутренней цепи преобразователя в токовый узел посредством по крайней мере одной токопроводящей шины.
30. Преобразователь по п.29, отличающийся тем, что на первой стороне подложки размещен слой прозрачного для электромагнитного излучения диэлектрика, имеющий изъятия (отверстия), по меньшей мере, в зонах расположения электрических контактов участков первого электрода с указанной собирающей областью первого типа проводимости.
31. Преобразователь по любому из пп.29, 30, отличающийся тем, что на первой, воспринимающей падающее электромагнитное излучение стороне полупроводниковой подложки встроены многокаскадные дискретные умножители потенциала, объединенные во внутренней цепи преобразователя в один токовый узел.
32. Преобразователь по любому из пп.29, 30, отличающийся тем, что на любой из сторон полупроводниковой подложки конструктивно встроен трехкаскадный преобразователь, причем первый каскад, представляющий диодную структуру Шоттки, преобразовывает коротковолновую часть, второй - среднюю часть, а третий - длинноволновую часть спектра ЭМИ, и при этом все три каскада объединены во внутренней цепи преобразователя в один токовый узел.
33. Преобразователь по любому из пп.29, 30, отличающийся тем, что токосборные элементы и электроды выполнены в виде дифракционной решетки, сетки или линз Френеля.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007129517/28A RU2369941C2 (ru) | 2007-08-01 | 2007-08-01 | Преобразователь электромагнитного излучения (варианты) |
| PCT/RU2008/000490 WO2009022945A1 (fr) | 2007-08-01 | 2008-07-25 | Convertisseur d'émission électromagnétique |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201000133A1 EA201000133A1 (ru) | 2010-06-30 |
| EA016932B1 true EA016932B1 (ru) | 2012-08-30 |
Family
ID=40350894
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201000133A EA016932B1 (ru) | 2007-08-01 | 2008-07-25 | Преобразователь электромагнитного излучения (варианты) |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20100282310A1 (ru) |
| EP (1) | EP2180520A1 (ru) |
| KR (1) | KR101052030B1 (ru) |
| EA (1) | EA016932B1 (ru) |
| RU (1) | RU2369941C2 (ru) |
| WO (1) | WO2009022945A1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2548945C2 (ru) * | 2013-05-06 | 2015-04-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН (ИЯФ СО РАН) | Микроструктурные элементы для селекции электромагнитного излучения и способ их изготовления |
| RU2680143C2 (ru) * | 2016-03-11 | 2019-02-18 | Игорь Георгиевич Рудой | Способ генерации широкополосного оптического излучения с высокой яркостью |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2009107568A (ru) * | 2009-03-04 | 2010-09-10 | Броня Цой (RU) | Фотопреобразующая часть преобразователя электромагнитного излучения (варианты), преобразователь электромагнитного излучения |
| US8288646B2 (en) * | 2009-05-06 | 2012-10-16 | UltraSolar Technology, Inc. | Pyroelectric solar technology apparatus and method |
| US8084293B2 (en) * | 2010-04-06 | 2011-12-27 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Continuously optimized solar cell metallization design through feed-forward process |
| DE102011051606B4 (de) * | 2011-07-06 | 2016-07-14 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zum Ausbilden eines Dotierstoffprofils |
| DE102010037355A1 (de) * | 2010-09-06 | 2012-03-08 | Schott Solar Ag | Kristalline Solarzelle und Verfahren zur Herstellung einer solchen |
| WO2012091253A1 (ko) * | 2010-12-31 | 2012-07-05 | 현대중공업 주식회사 | 국부화 에미터 태양전지 및 그 제조 방법 |
| WO2012091254A1 (ko) * | 2010-12-31 | 2012-07-05 | 현대중공업 주식회사 | 양면 수광형 국부화 에미터 태양전지 및 그 제조 방법 |
| KR101180813B1 (ko) * | 2011-01-18 | 2012-09-07 | 엘지전자 주식회사 | 태양 전지 |
| KR20120137821A (ko) | 2011-06-13 | 2012-12-24 | 엘지전자 주식회사 | 태양전지 |
| RU2494496C2 (ru) * | 2011-12-28 | 2013-09-27 | Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) | Полупроводниковый фотоэлектрический генератор (варианты) |
| WO2014048504A1 (de) * | 2012-09-28 | 2014-04-03 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Halbleiterbauelement mit mindestens einer kontaktstruktur zum zuführen und/oder abführen von ladungsträgern |
| WO2019014243A1 (en) | 2017-07-10 | 2019-01-17 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University. | CAPACITIVE AND TOUCH SENSORS AND METHODS OF DETECTION THEREOF |
| US10490687B2 (en) | 2018-01-29 | 2019-11-26 | Waymo Llc | Controlling detection time in photodetectors |
| CN112673338A (zh) * | 2018-07-10 | 2021-04-16 | 小利兰·斯坦福大学托管委员会 | 电容式和触觉传感器及相关感测方法 |
| US10854646B2 (en) | 2018-10-19 | 2020-12-01 | Attollo Engineering, LLC | PIN photodetector |
| CN212967720U (zh) * | 2020-09-08 | 2021-04-13 | 东方日升（常州）新能源有限公司 | 一种太阳能电池金属电极结构及电池组件 |
| CN117577700A (zh) * | 2023-12-05 | 2024-02-20 | 江西沐邦高科股份有限公司 | 太阳能电池相关结构及其制造方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU288163A1 (ru) * | Д. С. Стребков , В. С. Косарев | Полупроводниковый фотоэлектрический генератор | ||
| JPH0653531A (ja) * | 1992-07-29 | 1994-02-25 | Sharp Corp | 光電変換装置およびその製造方法 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4151005A (en) * | 1977-03-18 | 1979-04-24 | Landsman Arkady P | Radiation hardened semiconductor photovoltaic generator |
| JP3206350B2 (ja) | 1995-01-26 | 2001-09-10 | トヨタ自動車株式会社 | 太陽電池 |
| RU2139601C1 (ru) | 1998-12-04 | 1999-10-10 | ООО Научно-производственная фирма "Кварк" | Способ изготовления солнечного элемента с n+-p-p+ структурой |
| JP3300812B2 (ja) | 2000-01-19 | 2002-07-08 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 光電変換素子 |
| JP3764843B2 (ja) | 2000-06-06 | 2006-04-12 | シャープ株式会社 | 太陽電池セル |
| JP4171428B2 (ja) | 2003-03-20 | 2008-10-22 | 三洋電機株式会社 | 光起電力装置 |
| US7388147B2 (en) | 2003-04-10 | 2008-06-17 | Sunpower Corporation | Metal contact structure for solar cell and method of manufacture |
| US6998288B1 (en) | 2003-10-03 | 2006-02-14 | Sunpower Corporation | Use of doped silicon dioxide in the fabrication of solar cells |
| RU2284593C2 (ru) | 2004-10-26 | 2006-09-27 | Броня Цой | Электроизоляционный материал |
| RU2284267C2 (ru) | 2004-11-10 | 2006-09-27 | Броня Цой | Материал для компонентов радиоэлектронных приборов |
| JP4481869B2 (ja) | 2005-04-26 | 2010-06-16 | 信越半導体株式会社 | 太陽電池の製造方法及び太陽電池並びに半導体装置の製造方法 |
-
2007
- 2007-08-01 RU RU2007129517/28A patent/RU2369941C2/ru active IP Right Revival
-
2008
- 2008-07-25 US US12/671,518 patent/US20100282310A1/en not_active Abandoned
- 2008-07-25 KR KR1020107004570A patent/KR101052030B1/ko active IP Right Grant
- 2008-07-25 EA EA201000133A patent/EA016932B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2008-07-25 EP EP08827372A patent/EP2180520A1/en not_active Withdrawn
- 2008-07-25 WO PCT/RU2008/000490 patent/WO2009022945A1/ru active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU288163A1 (ru) * | Д. С. Стребков , В. С. Косарев | Полупроводниковый фотоэлектрический генератор | ||
| SU288161A1 (ru) * | А. П. Ландсман, А. К. Зайцева, В. В. Заддэ , Д. С. Стребков | Полупроводниковый фотоэлектрическийгенератор | ||
| JPH0653531A (ja) * | 1992-07-29 | 1994-02-25 | Sharp Corp | 光電変換装置およびその製造方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Zi S. Fizika poluprovodnikovykh priborov. Tom 2. - Moskva: Mir, 1984, s. 412-417 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2548945C2 (ru) * | 2013-05-06 | 2015-04-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН (ИЯФ СО РАН) | Микроструктурные элементы для селекции электромагнитного излучения и способ их изготовления |
| RU2680143C2 (ru) * | 2016-03-11 | 2019-02-18 | Игорь Георгиевич Рудой | Способ генерации широкополосного оптического излучения с высокой яркостью |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007129517A (ru) | 2009-02-10 |
| KR101052030B1 (ko) | 2011-07-26 |
| US20100282310A1 (en) | 2010-11-11 |
| KR20100043091A (ko) | 2010-04-27 |
| EA201000133A1 (ru) | 2010-06-30 |
| EP2180520A1 (en) | 2010-04-28 |
| WO2009022945A1 (fr) | 2009-02-19 |
| RU2369941C2 (ru) | 2009-10-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EA016932B1 (ru) | Преобразователь электромагнитного излучения (варианты) | |
| US10014421B2 (en) | High efficiency photovoltaic cells with self concentrating effect | |
| KR101111215B1 (ko) | 전자기 방사 변환기 및 배터리 | |
| KR100974226B1 (ko) | 유전체를 이용한 태양전지의 후면 반사막 및 패시베이션층형성 | |
| US6162987A (en) | Monolithic interconnected module with a tunnel junction for enhanced electrical and optical performance | |
| US11152888B2 (en) | High efficiency photovoltaic cells with suppressed radiative emission due to chemical nonequilibrium of photoelectrons | |
| US8299556B2 (en) | Using 3d integrated diffractive gratings in solar cells | |
| RU2377695C1 (ru) | Полупроводниковый фотопреобразователь и способ его изготовления | |
| JP5667280B2 (ja) | 太陽電池及びその製造方法 | |
| US20100263713A1 (en) | Four Terminal Monolithic Multijunction Solar Cell | |
| EA013788B1 (ru) | Преобразователь электромагнитного излучения | |
| RU2331139C1 (ru) | Фотоэлектрический преобразователь и способ его изготовления (варианты) | |
| WO2008122558A2 (en) | An active solar cell and method of manufacture | |
| KR101760801B1 (ko) | 집광 태양광발전 시스템 제조방법 | |
| RU2529826C2 (ru) | Солнечный элемент с дифракционной решеткой на фронтальной поверхности | |
| KR101685475B1 (ko) | 전자기 방사 변환기의 광-변환부(상이한 실시예들), 및 전자기 방사 변환기 | |
| RU2099818C1 (ru) | Преобразователь световой энергии в электрическую на основе p-n-перехода с поверхностным изотипным гетеропереходом | |
| RU215917U1 (ru) | Полупроводниковый фотоэлектрический преобразователь | |
| DE102012223698A1 (de) | Konzentratorsystem | |
| Starkov et al. | Charge pumping in solar cell structure | |
| KR102710224B1 (ko) | 전하-캐리어-선택적 접촉을 통해 연결되는 복수의 흡수체들을 구비한 태양 전지 | |
| JPH09321327A (ja) | 光起電力素子 | |
| Malyutina-Bronskaya et al. | Silicon solar cells with vertical pn junctions for hybrid solar cells |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM RU |