TWI493739B - 熱載子光電轉換裝置及其方法 - Google Patents

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Description

熱載子光電轉換裝置及其方法
本發明係關於一種光電轉換裝置及其方法，特別是指一種熱載子光電轉換裝置及其方法。
第1圖係繪示習知技術之光電轉換裝置1之基本結構及其光電轉換方法之示意圖。如圖所示，光電轉換裝置1係包括P型半導體層11以及N型半導體層12。
該P型半導體層11係具有第一價電帶(valence band)111、第一導電帶(conduction band)112與第一能隙(bandgap)113，該N型半導體層12係具有第二價電帶121、第二導電帶122與第二能隙123，該P型半導體層11與該N型半導體層12間之PN接面形成有空乏區13，且該空乏區13會產生內建電場。
該第一價電帶111與該第二價電帶121之間形成有第一位能坡131，且三者均位於費米能階(Fermi level)133之下方。而該第一導電帶112與該第二導電帶122之間形成 有第二位能坡132，且三者均位於該費米能階133之上方。
當該光電轉換裝置1吸收複數光子14而產生第一電子141a與第一電洞141b、第二電子142a與第二電洞142b等電子電洞對(electron-hole pair)時，該第一電子141a可自該第一價電帶111躍遷至該第一導電帶112，而該第二電子142a可自該第二價電帶121躍遷至該第二導電帶122。
然後，藉由擴散(diffusion)作用，使該第一電子141a與該第二電子142a到達該空乏區13之第二位能坡132上方，並使該第一電洞141b與該第二電洞142b到達該空乏區13之第一位能坡131下方。接著，藉由該空乏區13之內建電場，使該第一電子141a與第二電子142a、第一電洞141b與第二電洞142b等分開傳導至外部電路15而產生電能。
上述習知技術之光電轉換裝置之缺點，在於P型半導體層與N型半導體層皆具有能隙，例如以矽(Si)當作P型半導體層或N型半導體層之能隙大約為1.1 eV(電子伏特)，故該光電轉換裝置對光子之吸光範圍受到該能隙之限制，使得有些光子無法被該光電轉換裝置所吸收，以致減少該些光子之吸收數量，而無法產生大量的電子與電洞。
再者，該電子與該電洞被導出之速度較慢、捕獲數量較少，使其能量損失較大、電壓及電流較小、光電轉換效率較差，故該光電轉換裝置僅能取得少數具有低能量之電子與電洞(冷載子)，並產生具有低電壓及低電流之電能。
因此，如何克服上述習知技術的問題，實已成目前亟 欲解決的課題。
鑑於上述習知技術之種種缺失，本發明係提供一種熱載子光電轉換裝置，其包括：P型半導體層；N型半導體層；以及無機可導電之吸光層，係位於該P型半導體層與該N型半導體層之間。
該P型半導體層或該N型半導體層可為透明或部分透明之半導體，使光子經由該透明或部分透明之半導體射入至該無機可導電之吸光層而產生電子及電洞。該P型半導體層與該N型半導體層兩者均可為無機半導體或有機半導體，或兩者之一為無機半導體而另一為有機半導體。
本發明另提供一種熱載子光電轉換方法，其包括：提供具有P型半導體層、N型半導體層、與無機可導電之吸光層之熱載子光電轉換裝置，其中，該無機可導電之吸光層係位於該P型半導體層與該N型半導體層之間，且該P型半導體層與該N型半導體層之間形成電場；藉由該無機可導電之吸光層吸收光子而產生電子及電洞；以及藉由該電場或擴散作用將該電子及該電洞分別移向該N型半導體層與該P型半導體層，使該電子及該電洞各自導出而產生電能。
由上可知，本發明之熱載子光電轉換裝置及其方法，主要係在P型半導體層與N型半導體層之間形成無機可導電之吸光層以吸收光子，並將電子及電洞分別導出而產生電能。因此，本發明能吸收任何波長之光子，以增加該光 子之吸收數量，並快速導出大量具有高能量之電子與電洞(熱載子)，藉以提高光電轉換效率，進而產生具有高開路電壓及高電流之電能。
1‧‧‧光電轉換裝置
11‧‧‧P型半導體層
111‧‧‧第一價電帶
112‧‧‧第一導電帶
113‧‧‧第一能隙
12‧‧‧N型半導體層
121‧‧‧第二價電帶
122‧‧‧第二導電帶
123‧‧‧第二能隙
13‧‧‧空乏區
131‧‧‧第一位能坡
132‧‧‧第二位能坡
133‧‧‧費米能階
14‧‧‧光子
141a‧‧‧第一電子
141b‧‧‧第一電洞
142a‧‧‧第二電子
142b‧‧‧第二電洞
15‧‧‧外部電路
2,2',2"‧‧‧熱載子光電轉換裝置
21‧‧‧P型半導體層
211‧‧‧第一價電帶
212‧‧‧第一導電帶
213‧‧‧第一能隙
22‧‧‧N型半導體層
221‧‧‧第二價電帶
222‧‧‧第二導電帶
223‧‧‧第二能隙
23‧‧‧無機可導電之吸光層
23a‧‧‧P型電場加強層
23b‧‧‧N型電場加強層
230‧‧‧空乏區
24‧‧‧第一半導體層
241‧‧‧第三價電帶
242‧‧‧第三導電帶
243‧‧‧第三能隙
25‧‧‧第二半導體層
251‧‧‧第四價電帶
252‧‧‧第四導電帶
253‧‧‧第四能隙
26‧‧‧費米能階
261‧‧‧第一能階通道
262‧‧‧第二能階通道
27‧‧‧光子
271a‧‧‧第一電子
271b‧‧‧第一電洞
272a‧‧‧第二電子
272b‧‧‧第二電洞
273a‧‧‧第三電子
273b‧‧‧第三電洞
274a‧‧‧第四電子
274b‧‧‧第四電洞
28‧‧‧外部電路
第1圖係繪示習知技術之光電轉換裝置之基本結構及其光電轉換方法之示意圖；第2圖係繪示本發明之熱載子光電轉換裝置之基本結構及其光電轉換方法之第一實施例之示意圖；第3A圖係繪示本發明之熱載子光電轉換裝置之基本結構及其光電轉換方法之第二實施例之示意圖；第3B圖至第3C圖係分別繪示本發明之熱載子光電轉換裝置之基本結構及其光電轉換方法之第二實施例之不同變化態樣示意圖；第4A圖係繪示本發明之P型半導體層與第一半導體層之變化態樣之示意圖；第4B圖係繪示本發明之N型半導體層與第二半導體層之變化態樣之示意圖；以及第5圖係繪示本發明之熱載子光電轉換裝置之基本結構及其光電轉換方法之第三實施例之示意圖。
以下藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點及功效。
須知，本說明書所附圖式所繪示之結構、比例、大小 等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技藝之人士之瞭解與閱讀，並非用以限定本發明可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本發明所能產生之功效及所能達成之目的下，均應仍落在本發明所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。
同時，本說明書中所引用之如「第一」及「第二」等用語，亦僅為便於敘述之明瞭，而非用以限定本發明可實施之範圍，其相對關係之改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施之範疇。
第2圖係繪示本發明之熱載子光電轉換裝置2之基本結構及其光電轉換方法之第一實施例之示意圖。如圖所示，熱載子光電轉換裝置2可為光電轉換元件，並包括P型半導體層21、N型半導體層22以及無機可導電之吸光層23。該P型半導體層21與該N型半導體層22兩者均可為無機半導體或有機半導體，或兩者之一為無機半導體而另一為有機半導體。
該P型半導體層21係具有第一價電帶211、第一導電帶212、以及形成於該第一價電帶211與該第一導電帶212間之第一能隙213，且該第一價電帶211與該第一導電帶212分別位於費米能階26之下方及上方。其中，可選擇具有較高能量的第一導電帶212之P型半導體層，藉此可阻擋電子擴散到P型半導體層造成復合減少載子收集。
該N型半導體層22係具有第二價電帶221、第二導電 帶222、以及形成於該第二價電帶221與該第二導電帶222間之第二能隙223，且該第二價電帶221與該第二導電帶222分別位於該費米能階26之下方及上方。其中，可選擇具有較低能量的第二價電帶221之N型半導體層，藉此可阻擋電洞擴散到N型半導體層造成復合減少載子收集。
該無機可導電之吸光層23係位於該P型半導體層21與該N型半導體層22之間，用以吸收複數光子27而產生第一電子271a與第一電洞271b、第二電子272a與第二電洞272b等電子電洞對。而藉由電場或是擴散作用，該第一電子271a與該第二電子272a等移向該N型半導體層22之第二導電帶222上方，該第一電洞271b與該第二電洞272b等移向該P型半導體層21之第一價電帶211下方，使該第一電子271a與第二電子272a、第一電洞271b與第二電洞272b等分開傳送至外部電路28，藉此取得大量具有高能量之第一電子271a、第二電子272a、第一電洞271b、第二電洞272b等熱載子，進而產生具有高開路電壓及高電流之電能。
上述之無機可導電之吸光層23之材質可為金屬、石墨或石墨烯等，且其厚度可為50奈米(10-9 m)以下，或者小於或等於該第一電子271a或該第一電洞271b等在該無機可導電之吸光層23內之平均自由路徑(mean free path)之約五倍長度。當該無機可導電之吸光層23之厚度小於該平均自由路徑時，代表該第一電子271a或該第一電洞271b等在尚未彼此碰撞而消耗能量之前就已經被導出，因此所導 出之第一電子271a及第一電洞271b等具有高能量。
此外，若欲吸收較多該光子27，亦可將該P型半導體層21或該N型半導體層22製成奈米結構，再將該無機可導電之吸光層23形成於該奈米結構之表面，使該無機可導電之吸光層23在該奈米結構上產生高低起伏，藉此增加等效吸光厚度，以提升該熱載子光電轉換裝置2之吸光量。同時，該無機可導電之吸光層23與鄰接之P型半導體層21或N型半導體層22非常接近，使該第一電子271a及第一電洞271b等之行進距離接近該平均自由路徑，即可進入該P型半導體層21或該N型半導體層22。
由於該無機可導電之吸光層23之厚度接近該第一電子271a及第一電洞271b等之平均自由路徑，使得該第一電子271a及第一電洞271b等被分別移動至該P型半導體層21與該N型半導體層22時，並未經過多次聲子散射，故可保留較高的能量，讓該第一電子271a及該第一電洞271b等成為所謂的熱載子。
另一方面，若該第一電子271a及第一電洞271b等之能量較低，則可透過聲子碰撞，讓較高能量之熱載子將部分能量傳給較低能量之熱載子而具有較高之能量，故該無機可導電之吸光層23可不具有能隙，整個太陽光或各種光線之光譜皆可吸收。
第3A圖係繪示本發明之熱載子光電轉換裝置2'之基本結構及其光電轉換方法之第二實施例之示意圖。第3A圖之熱載子光電轉換裝置2'及光電轉換方法，係與第2圖 之熱載子光電轉換裝置2及光電轉換方法大致相同，其主要差異如下：在第3A圖中，熱載子光電轉換裝置2'亦包括可為P型或N型半導體層之第一半導體層24與第二半導體層25。
該第一半導體層24係形成於該P型半導體層21上，並具有第三價電帶241、第三導電帶242、以及形成於該第三價電帶241與該第三導電帶242間之第三能隙243。該第一半導體層24之第三導電帶242之能階係低於該P型半導體層21之第一價電帶211之能階，以使該第三導電帶242與該第一價電帶211之間產生第一能階通道261，俾使第一電洞271b至第四電洞274b等通過該第一能階通道261而傳導至外部電路28，藉此即可取得大量具有高能量之第一電洞271b至第四電洞274b等熱載子。其中，可選擇具有較高能量的第一導電帶212之P型半導體層，藉此可阻擋電子擴散到P型半導體層造成復合減少載子收集。
另外，當該第四電洞274b之能量大於該第一能階通道261之能階時，該第四電洞274b便無法通過該第一半導體層24或該第三能隙243，此時可藉由較低能量之第三電洞273b來與較高能量之第四電洞274b進行重新分配能量，使該第四電洞274b能通過該第一能階通道261而傳導至該外部電路28，如此可增加傳導至該外部電路28之電洞數目。
同理，當該第二電洞272b之能量大於該第一能階通道261之能階時，該第二電洞272b便無法通過該第一半導體 層24或該第三能隙243，此時亦可藉由較低能量之電洞來與較高能量之第二電洞272b進行重新分配能量，使該第二電洞272b能通過該第一能階通道261而傳導至該外部電路28，藉此增加傳導至該外部電路28之電洞數目。
再者，該第二半導體層25係形成於該N型半導體層22上，並具有第四價電帶251、第四導電帶252、以及形成於該第四價電帶251與該第四導電帶252間之第四能隙253。該第二半導體層25之第四價電帶251之能階係高於該N型半導體層22之第二導電帶222之能階，以使該第四價電帶251與該第二導電帶222之間產生第二能階通道262，俾使該第一電子271a至第四電子274a等通過該第二能階通道262而傳導至該外部電路28，藉此即可取得大量具有高能量之第一電子271a至第四電子274a等熱載子。其中，可選擇具有較低能量的第二價電帶221之N型半導體層，藉此可阻擋電洞擴散到N型半導體層造成復合減少載子收集。
同樣地，當該第三電子273a之能量大於該第二能階通道262之能階時，該第三電子273a便無法通過該第二半導體層25或該第四能隙253，此時亦可藉由較低能量之第四電子274a來與較高能量之第三電子273a進行重新分配能量，使該第三電子273a能通過該第二能階通道262而傳導至該外部電路28，如此可增加傳導至該外部電路28之電子數目。
同理，當該第一電子271a之能量大於該第二能階通道 262之能階時，該第一電子271a便無法通過該第二半導體層25或該第四能隙253，此時可藉由較低能量之電子來與較高能量之第一電子271a進行重新分配能量，使該第一電子271a能通過該第二能階通道262而傳導至該外部電路28，藉此增加傳導至該外部電路28之電子數目。
在第二實施例中，該重新分配能量之方式可同時用於電子及電洞上，或者僅用於電子及電洞其中一者上。因電子通常會分佈在較大的能量範圍，故實務上較常將該重新分配能量之方式用於電子上，可使該熱載子光電轉換裝置2'產生較多的熱載子(電子)。
第3B圖至第3C圖係分別繪示本發明之熱載子光電轉換裝置2'之基本結構及其光電轉換方法之第二實施例之不同變化態樣示意圖。第3B圖至第3C圖分別與第3A圖之熱載子光電轉換裝置2'大致相同，其主要差異如下：在第3A圖中，第一半導體層24係形成於P型半導體層21上。但是，在第3B圖中，該第一半導體層24則改形成於該P型半導體層21與該無機可導電之吸光層23之間。
同樣地，在第3A圖中，第二半導體層25係形成於N型半導體層22上。但是，在第3C圖中，該第二半導體層25則改形成於該N型半導體層22與該無機可導電之吸光層23之間。
第4A圖係繪示本發明之P型半導體層21與第一半導體層24之變化態樣之示意圖，其可用於取代第3圖之P型半導體層21及第一半導體層24。第4A圖與第3圖之P 型半導體層21及第一半導體層24大致相同，其主要差異如下：在第4A圖中，對於該P型半導體層21與該第一半導體層24而言，當該第一半導體層24之第三導電帶242高於該P型半導體層21之第一價電帶211時，理論上此時位於該P型半導體層21之第一價電帶211上之第一電洞271b並無法直接通過該第一半導體層24。但是，當該第一半導體層24之第三導電帶242與該P型半導體層21之第一價電帶211之能量差小於0.1-0.2 eV時，該第一電洞271b可藉由聲子碰撞躍遷至該第一半導體層24之第三導電帶242上，再透過該第三導電帶242或能階通道傳導至外部電路28。
此外，對於不在該P型半導體層21之第一價電帶211上之較低能量之第三電洞273b與較高能量之第四電洞274b，亦可透過能量重新分配而移動至該P型半導體層21之第一價電帶211上，並藉由聲子碰撞躍遷至該第一半導體層24之第三導電帶242上，使該第三電洞273b及該第四電洞274b均能經由該第三導電帶242或第一能階通道261傳導至外部電路28。
由上述第3A圖與第4A圖可知，本發明之熱載子光電轉換裝置2'可選擇適合的P型半導體層21與第一半導體層24來收集電洞(熱載子)。
第4B圖係繪示本發明之N型半導體層22與第二半導體層25之變化態樣之示意圖，其可用於取代第3圖之N 型半導體層22與第二半導體層25。第4B圖與第3圖之N型半導體層22與第二半導體層25大致相同，其主要差異如下：在第4B圖中，對於該N型半導體層22與該第二半導體層25而言，當該第二半導體層25之第四價電帶251低於該N型半導體層22之第二導電帶222時，理論上此時位於該N型半導體層22之第二導電帶222上之第一電子271a並無法直接通過該第二半導體層25。但是，當該第二半導體層25之第四價電帶251與該N型半導體層22之第二導電帶222之能量差小於0.1-0.2 eV時，該第一電子271a亦可藉由聲子碰撞躍遷至該第二半導體層25之第四價電帶251上，再透過該第四價電帶251或能階通道將該第一電子271a傳導至外部電路28。
此外，對於不在該N型半導體層22之第二導電帶222上之較高能量之第三電子273a與較低能量之第四電子274a，亦可透過能量重新分配而移動至該N型半導體層22之第四價電帶251上，並藉由聲子碰撞躍遷至該第二半導體層25之第四價電帶251上，使該第三電子273a及該第四電子274a均能再經由該第四價電帶251或能階通道傳導至外部電路28。
由上述第3A圖與第4B圖可知，本發明之熱載子光電轉換裝置2'亦可選擇適合的N型半導體層22與第二半導體層25來收集電子(熱載子)。
在圖4A及圖4B中，該重新分配能量之方式可同時用 於電子及電洞上，或者僅用於電子及電洞其中一者上。因電子通常會分佈在較大的能量範圍，故實務上較常將該重新分配能量之方式用於電子上，可使該熱載子光電轉換裝置2'產生較多的熱載子(電子)。
第5圖係繪示本發明之熱載子光電轉換裝置2"之基本結構及其光電轉換方法之第三實施例之示意圖。如圖所示，熱載子光電轉換裝置2"可包括P型電場加強層23a與N型電場加強層23b其中至少一者。
該P型電場加強層23a之材質可為MoO3(三氧化鉬)或MoOx(氧化鉬化合物)，係形成於該P型半導體層21與該無機可導電之吸光層23之間，用以增強該P型半導體層21與該無機可導電之吸光層23間之內建電場強度，使第一電洞271b等熱載子快速分離至該P型半導體層21。
該N型電場加強層23b之材質可為PFN(poly[(9,9-bis(3′-(N,N-dimethylamino)propyl)-2,7-fluorene)-alt-2,7-(9,9-dioctylfluorene))，係形成於該N型半導體層22與該無機可導電之吸光層23之間，用以增強該N型半導體層22與該無機可導電之吸光層23間之內建電場強度，使第一電子271a等熱載子快速分離至該N型半導體層22。
如此，本發明之熱載子光電轉換裝置2"即可產生大量具有高開路電壓及高電流之第一電子271a及第一電洞271b等熱載子，再經由上述第2圖至第4B圖所述之內 建電場、能階通道、聲子碰撞或能量重新分配等方式，將該第一電子271a及該第一電洞271b等熱載子傳導至外部電路28。
由上可知，本發明之熱載子光電轉換裝置及其方法至少具有下列優點：
(1)由於無機可導電之吸光層不具有習知技術之P型或N型半導體層之能隙，故本發明在P型半導體層與N型半導體層之間形成無機可導電之吸光層，即可吸收任何波長之光子，藉此增加該光子之吸收數量而產生大量的電子與電洞。
(2)無機可導電之吸光層之厚度非常薄，其可為50奈米以下，或者小於或等於電子或電洞在該無機可導電之吸光層內之平均自由路徑之五倍長度，無論該電子與該電洞之能量大小，均能被電場或是擴散作用快速地傳導至外部電路。藉此，使得該電子與該電洞被導出之速度較快、捕獲數量較多、能量損失較少，以取得大量具有高能量之電子與電洞(熱載子)，進而產生具有高開路電壓及高電流之電能。
(3)在P型半導體層與第一半導體層之間形成第一能階通道，且在N型半導體層與第二半導體層之間形成第二能階通道，使該電子與該電洞分別通過該第一及第二能階通道而傳導至外部電路。藉此，可快速地捕獲大量具有高能量之電子與電洞，以提高光電轉換效率，並產生具有高開路電壓及高電流之電能。
(4)在無機可導電之吸光層之一側或兩側分別形成P型電場加強層或/及N型電場加強層，可增強內建電場之強度，使電洞與電子等熱載子各自快速分離至P型半導體層及N型半導體層。
上述實施例係用以例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修改。因此本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。
2'‧‧‧熱載子光電轉換裝置
21‧‧‧P型半導體層
211‧‧‧第一價電帶
212‧‧‧第一導電帶
213‧‧‧第一能隙
22‧‧‧N型半導體層
221‧‧‧第二價電帶
222‧‧‧第二導電帶
223‧‧‧第二能隙
23‧‧‧無機可導電之吸光層
230‧‧‧空乏區
24‧‧‧第一半導體層
241‧‧‧第三價電帶
242‧‧‧第三導電帶
243‧‧‧第三能隙
25‧‧‧第二半導體層
251‧‧‧第四價電帶
252‧‧‧第四導電帶
253‧‧‧第四能隙
26‧‧‧費米能階
261‧‧‧第一能階通道
262‧‧‧第二能階通道
27‧‧‧光子
271a‧‧‧第一電子
271b‧‧‧第一電洞
272a‧‧‧第二電子
272b‧‧‧第二電洞
273a‧‧‧第三電子
273b‧‧‧第三電洞
274a‧‧‧第四電子
274b‧‧‧第四電洞
28‧‧‧外部電路

Claims (24)

  1. 一種熱載子光電轉換裝置，其包括：P型半導體層；N型半導體層；以及無機可導電之吸光層，係位於該P型半導體層與該N型半導體層之間，且該無機可導電之吸光層之厚度係小於或等於電子或電洞在該無機可導電之吸光層內之平均自由路徑之五倍長度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之熱載子光電轉換裝置，其中，該P型半導體層或該N型半導體層至少有一者係為透明或部分透明之半導體，光子經由該透明或部分透明之半導體射入至該無機可導電之吸光層而產生該電子及該電洞。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之熱載子光電轉換裝置，其中，該P型半導體層與該N型半導體層兩者均為無機半導體或有機半導體，或一者為無機半導體而另一者為有機半導體。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之熱載子光電轉換裝置，其中，該無機可導電之吸光層之材質係為金屬、石墨或石墨烯。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之熱載子光電轉換裝置，其中，該無機可導電之吸光層之厚度係為50奈米以下。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之熱載子光電轉換裝置，復包括第一半導體層，係形成於該P型半導體層上、 或形成於該P型半導體層與該無機可導電之吸光層之間，且該第一半導體層之導電帶之能階低於該P型半導體層之價電帶之能階。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之熱載子光電轉換裝置，復包括第二半導體層，係形成於該N型半導體層上、或形成於該N型半導體層與該無機可導電之吸光層之間，且該第二半導體層之價電帶之能階高於該N型半導體層之導電帶之能階。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之熱載子光電轉換裝置，復包括第一半導體層，係形成於該P型半導體層上、或形成於該P型半導體層與該無機可導電之吸光層之間，該第一半導體層之導電帶之能階高於該P型半導體層之價電帶之能階，且該第一半導體層之導電帶與該P型半導體層之價電帶之能量差小於0.2電子伏特。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之熱載子光電轉換裝置，復包括第二半導體層，係形成於該N型半導體層上、或形成於該N型半導體層與該無機可導電之吸光層之間，該第二半導體層之價電帶之能階低於該N型半導體層之導電帶之能階，且該第二半導體層之價電帶與該N型半導體層之導電帶之能量差小於0.2電子伏特。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之熱載子光電轉換裝置，復包括P型電場加強層與N型電場加強層，該P型電場加強層係形成於該P型半導體層與該無機可導電之吸光層之間，該N型電場加強層係形成於該N型半導 體層與該無機可導電之吸光層之間。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之熱載子光電轉換裝置，復包括N型電場加強層，係形成於該N型半導體層與該無機可導電之吸光層之間。
  12. 一種熱載子光電轉換方法，其包括：提供具有P型半導體層、N型半導體層、與無機可導電之吸光層之熱載子光電轉換裝置，其中，該無機可導電之吸光層係位於該P型半導體層與該N型半導體層之間；藉由該無機可導電之吸光層吸收光子而產生電子及電洞，其中，該無機可導電之吸光層之厚度係小於或等於該電子或該電洞在該無機可導電之吸光層內之平均自由路徑之五倍長度；以及藉由電場或擴散將該電子及該電洞分別移向該N型半導體層與該P型半導體層，使該電子及該電洞各自導出而產生電能。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之熱載子光電轉換方法，其中，該P型半導體層或該N型半導體層至少有一者係為透明或部分透明之半導體，該光子係經由該透明或部分透明之半導體射入至該無機可導電之吸光層而產生該電子及該電洞。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之熱載子光電轉換方法，其中，該P型半導體層與該N型半導體層兩者均為無機半導體或有機半導體，或一者為無機半導體而另一 者為有機半導體。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之熱載子光電轉換方法，其中，該無機可導電之吸光層之材質係為金屬、石墨或石墨烯。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之熱載子光電轉換方法，其中，該無機可導電之吸光層之厚度係為50奈米以下。
  17. 如申請專利範圍第12項所述之熱載子光電轉換方法，復包括形成第一半導體層於該P型半導體層上、或該P型半導體層與該無機可導電之吸光層之間，以使該第一半導體層之導電帶與該P型半導體層之價電帶之間產生第一能階通道，俾使該電洞通過該第一能階通道而傳導至外部電路，其中，該第一半導體層之導電帶之能階係低於該P型半導體層之價電帶之能階。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之熱載子光電轉換方法，其中，當該電洞之能量大於該第一能階通道之能階時，藉由重新分配該電洞之能量以符合該第一能階通道之能階，使該電洞通過該第一能階通道。
  19. 如申請專利範圍第12項所述之熱載子光電轉換方法，復包括形成第二半導體層於該N型半導體層上、或該N型半導體層與該無機可導電之吸光層之間，，以使該第二半導體層之價電帶與該N型半導體層之導電帶之間產生第二能階通道，俾使該電子通過該第二能階通道而傳導至外部電路，其中，該第二半導體層之價電帶之能階係高於該N型半導體層之導電帶之能階。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之熱載子光電轉換方法，其中，當該電子之能量大於該第二能階通道之能階時，藉由重新分配該電子之能量以符合該第二能階通道之能階，使該電子通過該第二能階通道。
  21. 如申請專利範圍第12項所述之熱載子光電轉換方法，復包括形成第一半導體層於該P型半導體層上、或該P型半導體層與該無機可導電之吸光層之間，其中，該第一半導體層之導電帶之能階係高於該P型半導體層之價電帶之能階，且該第一半導體層之導電帶與該P型半導體層之價電帶之能量差小於0.2電子伏特。
  22. 如申請專利範圍第12項所述之熱載子光電轉換方法，復包括形成第二半導體層於該N型半導體層上、或該N型半導體層與該無機可導電之吸光層之間，其中，該第二半導體層之價電帶之能階係低於該N型半導體層之導電帶之能階，且該第二半導體層之價電帶與該N型半導體層之導電帶之能量差小於0.2電子伏特。
  23. 如申請專利範圍第12項所述之熱載子光電轉換方法，復包括形成P型電場加強層於該P型半導體層與該無機可導電之吸光層之間。
  24. 如申請專利範圍第12項所述之熱載子光電轉換方法，復包括形成N型電場加強層於該N型半導體層與該無機可導電之吸光層之間。
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