WO2010104414A1 - Фотопреобразующая часть преобразователя электромагнитного излучения (варианты), преобразователь электромагнитного излучения - Google Patents

Фотопреобразующая часть преобразователя электромагнитного излучения (варианты), преобразователь электромагнитного излучения Download PDF

Info

Publication number
WO2010104414A1
WO2010104414A1 PCT/RU2010/000089 RU2010000089W WO2010104414A1 WO 2010104414 A1 WO2010104414 A1 WO 2010104414A1 RU 2010000089 W RU2010000089 W RU 2010000089W WO 2010104414 A1 WO2010104414 A1 WO 2010104414A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
converter
layers
sequence
photoconverting
electromagnetic radiation
Prior art date
Application number
PCT/RU2010/000089
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Броня ЦОЙ
Юрий Дмитриевич БУДИШЕВСКИЙ
Original Assignee
Tsoi Bronya
Budishevsky Jury Dmitrievich
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsoi Bronya, Budishevsky Jury Dmitrievich filed Critical Tsoi Bronya
Priority to CN2010800185008A priority Critical patent/CN102422433A/zh
Priority to AU2010221821A priority patent/AU2010221821A1/en
Priority to EP10751068.7A priority patent/EP2405487B1/en
Priority to KR1020117023332A priority patent/KR101685475B1/ko
Publication of WO2010104414A1 publication Critical patent/WO2010104414A1/ru

Links

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
    • H01L31/04—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
    • 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
    • H01L31/068—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 only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
    • H01L31/0687—Multiple junction or tandem solar cells
    • 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
    • H01L31/072—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 only of the PN heterojunction type
    • H01L31/0725—Multiple junction or tandem solar cells
    • 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
    • H01L31/075—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 only of the PIN type, e.g. amorphous silicon PIN solar cells
    • H01L31/076—Multiple junction or tandem solar cells
    • 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
    • Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials
    • 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
    • Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells

Definitions

  • the invention relates to semiconductor converters of electromagnetic radiation (EMR), directly converting the incident radiation into electromotive force (EMF) both in the optically visible and invisible (in IR, UV) wavelength range and below, and also to methods for modifying a semiconductor substrate, on which it is executed.
  • EMR electromagnetic radiation
  • EMF electromotive force
  • the spectral sensitivity of known photoelectric converters (PECs) on semiconductor materials representing a heterogeneous n + pp + (P + Hp + ) diode structure is limited in the long-wavelength range of the spectrum by the band gap of the semiconductor and the insufficient diffusion length of minority carriers in the region p (p ) of the base, and in the short-wavelength range, by recombination losses on the photoconverting surface and in the volume of the continuous n + (p + ) surface layer.
  • An increase in the efficiency and expansion of the spectral sensitivity of the photovoltaic cells known in the prior art is carried out using multilayer heterostructures in cascade converters.
  • Such converters require a full spectrum of incident radiation, modulating the conductivity of each layer, have an extremely high cost at a low layer-by-layer conversion coefficient.
  • the authors of the present invention previously proposed a discrete converter structure with open, undoped optical windows, combining both high diode properties of the converter and optical (PCT / RU 2007/000301, priority date 08.06.2006 g .).
  • Such a structure has a higher UV intensity than the “violet” samples and a higher conversion coefficient in the entire convertible range than conventional samples.
  • VMP- converter Known structure tikalnogo multijunction converter with the vertical (parallel to the incident radiation flux) of the pn transitions (VMP- converter), and a manufacturing method thereof, consists in the fact that a large number of separate conventional n + pp + unijunction solar cells (wafer) stack formed (see link below). The plates in the stack are joined by soldering or diffusion welding. The stack is cut along the normal to the planes of transitions to individual VMP converters, the front surfaces of which are polished and covered with passivating and antireflective layers.
  • the HFM converter is composed of a series mechanical connection of single-junction diodes and has the properties of a series connection of current elements: the output voltage is equal to the sum of the voltages generated by each of the photomultipliers, and the output current is determined by the minimum current generated by any of the photomultipliers included in the stack.
  • the series resistance of the VMP converter is equal to the sum of the resistances of the photomultipliers that make up the stack. With careful selection of PECs, the stack is characterized by a high filling factor FF ⁇ 0.8, which indicates the fundamental possibility of obtaining a small serial resistance of the converter.
  • high carrier collection is achieved by the fact that UV radiation is not absorbed in a heavily doped emitter, but in a lightly doped base.
  • the high collection of minority of charge carriers is due to the high lifetime of charge carriers in the base region, (see Farenbruch A., Bube 3. “Solar elements: Theory and experiment)) Moscow, Energoatomizdat, 1987, 280 s. // E.G. Hook et al. (Characteristics of silicon multi-junction SCs with vertical pn junctions ”FTP, 1997, vol. 31, N ° 7).
  • the aim of the invention is to provide high-performance broadband EMR converters having high conversion efficiency in a wide range of wavelengths and intensities of EMR: from infrared radiation to UV and below.
  • this goal is achieved in the photoconverting part of the electromagnetic radiation transducer, which includes a sequence of semiconductor layers forming a sequence of homojunctions with increasing depth, which contains more than one heterogeneous transition.
  • photoconverting means the part of the electromagnetic radiation transducer, in which the separation of charges generated by the action of EMR on the transducer occurs.
  • An indication of the sequence of transitions (homojunctions) with increasing depth means that the transitions are sequentially located deep into the photoconverting part from its surface, so that the depths Xj 1 , Xj 2 , Xj 3 , Xj 4 , - " , Xjk are sequences of k transitions (k > l) are connected with each other by the relation Xj 1 ⁇ Xj 2 ⁇ Xj 3 ⁇ Xj 4 ⁇ ...
  • Xj 1 corresponds to the transition closest to the surface from the STI
  • the sign “including [a sequence of semiconductor layers]” with respect to the photoconverting part of the converter hereinafter means that in addition to the indicated sequence, the photoconverting part may also contain other elements, in particular other layers.
  • Semiconductor layers are understood as layers of a semiconductor material having electronic (p-type), hole (p-type) or intrinsic (i-type) conductivity.
  • homojunctions should be understood as a transition at the boundary between regions with different conductivities from the same semiconductor material.
  • heterojunctions are understood to mean transitions between regions of different semiconductor materials.
  • a heterogeneous (anisotype) transition is understood to mean a transition formed at the boundary of regions (layers) with different types of conductivity, while an isotopic transition is a transition formed at the boundary of regions (layers) with conductivity of the same type.
  • this goal is achieved in the photoconverting part of the electromagnetic radiation transducer, which includes a sequence of semiconductor layers forming between themselves a sequence of homojunctions with increasing depth containing more than one heterogeneous transition, with at least a portion of these layers with the same type of conductivity connected in parallel.
  • At least part of the layers or all layers with hole conductivity can be switched in parallel and / or at least part of the layers or all layers with electronic conductivity can be switched in parallel.
  • at least one of these layers may have a discontinuity.
  • under the discontinuity of the layer should be understood any violation and / or removal from it of at least part of the material, in which the uniformity and / or continuity of the layer is violated, and in which the section with a gap will differ from the section of the layer that does not have such a gap.
  • the goal is achieved in an electromagnetic radiation converter comprising at least M> 1 photoconverting parts and collector electrodes, in which at least one of the M photoconverting parts is made as described above and includes a sequence of switched semiconductor layers, forming a sequence of homojunctions with increasing depth, which contains more than one heterogeneous transition.
  • the converter may contain one photoconverter part of the specified type on its front side and / or one photoconverter part of the specified type on its back side (single-sided or two-sided unitary converter).
  • the converter on at least one of its sides may contain several separate photoconverting parts, at least one of which has a multilayer structure of the type described. These several isolated photoconverting parts can be performed on the front side of the converter and / or on the rear side of the converter (one-way or two-way discrete converter). In this case, one, several or all of the photoconverting parts of the converter (on the front and / or on the back side) can be designed according to any of the particular cases of implementation of the photoconverting part described earlier.
  • the photoconverting parts are not necessarily identical both to those considered with respect to each other within one side (for example, for a discrete converter), and in comparison with the photoconverting part or parts on the other side (for a unitary or discrete two-sided converter).
  • EMP electromagnetic radiation capable of forming nonequilibrium charge carriers in a converter. It is characterized by electromagnetic wavelengths of 0.005 ⁇ 1000 ⁇ m so-called “Optical emission” or “optical range, which is characterized by the effective formation of radiation fluxes using optical systems - lenses, mirrors, etc. (Krutikova MT. U al. ((Semiconductor devices and the basics of their design) ⁇ , M .: Radio and communications, 1983. - 352 p.)
  • a substrate is a plate of any suitable material on which (in) the elements of the transducer are formed. Further, without loss of generality, for example, a p-type silicon substrate of conductivity is considered.
  • the front side (JIC) of the transducer is the side that is directly exposed to or exposed to electromagnetic radiation.
  • the reverse side of the converter OS (either the shadow side or the back side) is the side opposite to the front one.
  • the base of the transducer is the part of the transducer in which EMP is absorbed without charge separation.
  • Transmitter emitter E is a transducer element in which an accumulation of minority carriers with respect to the base takes place.
  • Fig.l. the structure of a standard horizontal silicon single junction converter known from the prior art; - figure 2. - the structure of the multilayer multi-junction photoconverting part of the horizontal Converter according to one of the possible special cases of the invention ( ⁇ -FEP);
  • Fig. 3 is a structural diagram of a one-sided converter with one multilayer multi-junction photoconversion part according to the invention ( ⁇ -FEP); - figure 4 is a fragment of the structure of the photoconverter part of the Converter, a diagram of which is shown in Fig.Z;
  • FIG. 5 is a structural diagram of a planar discrete converter in accordance with one of the particular cases of the invention.
  • FIG. 6 is a structural diagram of a two-sided converter in accordance with one of the particular cases of the invention.
  • the positions in the drawings indicate: 1 - semiconductor base of the converter of the first type of conductivity (in the examples considered - p-conductivity); 1-1,1-2, ... lp — sequence of p layers with the conductivity type identical with the base; 2- an emitter formed in the base of the 2nd, opposite to the base type of conductivity (p- conductivity); 2s — near-surface strongly doped contact layer of the emitter; 2i is a near-surface strongly doped emitter layer with an isotype barrier 2j; 2-1, 2-2, ... 2-n - sequence of n layers with a conductivity type identical to emitter 2; 3-1, 3-2, ...
  • the dependence ⁇ (x) is such that quanta with a wavelength of ⁇ ⁇ 0.8 ⁇ m (E> 1.55 eV) are absorbed in a rather narrow near-surface zone of the transducer with a length of less than 10 ⁇ m deep into the base region.
  • the spectral response of the “violet” silicon solar cell (a standard transducer with a thin lightly doped emitter having a high spectral response in the short-wavelength range of the spectrum) in the short-wavelength part is E> 2.5 eV ( ⁇ ⁇ 0.5 ⁇ m) in l, 5 ⁇ 3.0 times the response of a conventional element.
  • the shape of its spectral response is close to theoretical at a low surface recombination rate Sp-I of about 4 cm / s.
  • the spectral response is completely determined by the front layer.
  • the fraction of electrons collected from the base to the emitter region is determined by the diffusion length of electrons Ln p ⁇ 150 ⁇ 250 ⁇ m for silicon.
  • the thickness of the base Hb is selected from the conditions Hb ⁇ Ln p subject to the requirements for the mechanical strength of the plate and is 180 ⁇ 280 microns.
  • the photocurrent of the depleted layer in a single spectral interval is equal to the number of photons absorbed in this layer per unit time.
  • the SCR width W is negligibly small with respect to the thickness of the Hb base, the contribution of the pn transition to the spectral response reaches 20%, regardless of the type of photomultiplier - “violet” or ordinary.
  • the photo-converting part includes the sequence c-1, c-2.
  • the proposed doping profile of the layers depends on the method of their preparation — diffusion, ion implantation and annealing, epitaxial buildup, etc., or a combination of methods.
  • the assumed degree of doping of the layers is not of fundamental importance and is determined by the conditions for ensuring the maximum spectral response of this layer in combination with neighboring layers.
  • the contact region can be matched (layer 2s) to obtain an ohmic contact.
  • the 1st c-1 layer on the surface can be supplemented with an isotype layer 2i creating an isotype potential barrier 2j, which prevents the withdrawal of NNS from the less doped region.
  • the conductivity type of the 1st layer c-1 with respect to The conductivity of base 1 is not of fundamental importance, and if the types of conductivity of the base and this layer coincide, a Shockley diode (homogeneous or heterogeneous) or a local Schottky diode of the desired direction, or a combination of diodes can be formed on its surface.
  • the thickness of each of the layers H 1 , H 2 , H 3 , H 4 , H k is preferably comparable with the characteristic diffusion lengths of minority charge carriers in this layer Lpi, Ln 2 , Lp 3 , Ln 4 , ...
  • the front (photodetector) surface of the transducer can be textured and also have an antireflective coating, for example, in the form of transparent conductive films (ITO, etc.) with a contact metallization network.
  • the front surface of the converter outside the contacts can be passivated by a dielectric, which also plays the role of an antireflective coating.
  • the dielectric can be charge neutral, or have a positive or negative built-in charge, which reduces the surface recombination rate depending on the type of conductivity of the first layer c-1.
  • the contact metallization grid can be made by any known method.
  • Fig. 3 shows an example implementation of a one-way converter with one photoconverter part of the above-described structure according to the invention.
  • layers 2-1, 2-2, ... 2-n with the same conductivity are connected in a parallel circuit (commutated in a parallel current node) using a recessed connecting element 2 with conductivity of the same type, which can for example be carried out by diffusion.
  • the in-depth element 2 is connected to all or part of the layers of the same type of conductivity of the photoconverting part of the converter (due to which parallel switching is performed), and with layers 1-1, 1-2, ... 1- p with conductivity of another type forms rp transitions.
  • 1-p with a different type of conductivity can also be switched into a parallel current unit using a similar recessed connecting element 13 of the same type of conductivity (also, for example, made by diffusion).
  • the shape of the in-depth elements 2 and 13 can generally be any suitable for solving the task. It can also be noted that parallel switching layers of the photoconverting part in other cases of the invention can be performed not only using the connecting elements 2 and 13, recessed into the thickness of the photoconverting part, but also in other ways.
  • the layers in addition to the horizontal ones, also have vertical or curved sections, as a result of which the layers extend onto the surface of the photoconverting part
  • parallel switching can be carried out using semiconductor elements of the same type of conductivity as the switched layers, or using conductive elements, located on the surface of the photoconverting part (such an example is given below in the description of the particular case shown in Fig. 6).
  • Variants are permissible when only one of the groups of layers with the conductivity of the same type is combined: only p-layers with the help of the same deepened element 2 or only p-layers with the same type of deepened element 13.
  • the homogeneous layer which is the last (deepest) in the sequence of layers in the photoconverter parts according to the invention, forming a homojunction with the layer preceding it, can form a junction with the base of the converter.
  • this transition can be both isotopic and anisotypic, both homogeneous and heterogeneous.
  • the specified last layer, forming a homojunction with its predecessor can border not with the base, but with additional deep layers that are part of the transducer.
  • a heterojunction or heterojunctions will obviously be formed between the last layer and the adjacent additional layer or layers (since in the case of a homojunction this additional layer will also be part of the indicated sequence of homogeneous layers).
  • heterojunctions can be formed not only along the boundary of the last (deepest) layer from a sequence of layers forming the homojunctions, but also at other boundaries of this sequence (for example, along the border of the first layer of the smallest occurrence, or along the lateral boundary of the layers included in the sequence — for example, if we replace elements 2 and 13 in FIG. 4 with semiconductor elements from another semiconductor material).
  • the layers 1-1, 1-2, ... 1- p and 2-1, 2-2, ... 2- p, which form homojunctions among themselves, which are part of the photoconverting part may be non-continuous and may have discontinuities in plan and / or in individual sections of the converter.
  • the discontinuities can be caused not only by the implementation of in-depth connecting elements, as shown in Fig. 3, but also, for example, by performing on the photodetector surface the photoconverting part of the “okon” converter, which can be sections of base 1 that are not doped in the manufacture of the photoconverting part, or brought out as a result of etching part of the photodetector surface.
  • the shape, size and number of “windows” can be from one “window” or more) can be selected in each specific case by a specialist based on the problem being solved.
  • continuity breaks by themselves may not lead to a rupture of one photoconverting part into several parts, i.e. to the formation of a discrete converter, discussed below (any of the photoconverting parts of which, however, may also have discontinuities in its layers).
  • the considered discontinuities in the case of a unitary transducer according to the invention form a “net” layer (if the continuity is torn at one layer) or a “net” structure from a combination of several consecutive layers with discontinuities.
  • the photocurrents Jp ( ⁇ ) and Jn ( ⁇ ) generated from the quasineutral regions of the layers c-1, c-2, c-3, c-4, ..., c-k are determined by the distribution of photons over the thickness of the layers, the effective diffusion lengths in layers and concentration gradients of minority charge carriers at the edges of depleted regions. Since there are more than one heterogeneous transition in the sequence, and each of the layers, except the first c-1 and the base, is limited by pn junctions from two sides, as shown in FIG. 2, FIG. 3 and FIG. 4, then bidirectional concentration gradients appear in them, the charges are separated and the minority carriers drain into neighboring layers, where the carriers become mainstream and are transferred to external circuits through highly doped common elements 2 and 13.
  • Electron - hole pairs generated in the space charge regions (SCR) W 1 , W 2 , W 3 , W 4 , ..., W k are divided into neighboring quasineutral regions layers by fields of pn junctions.
  • the space charge region itself has the shape of a meander, so that the luminous flux 10 has to repeatedly cross the SCR.
  • each of the layers 1-1, 1-2, ..., 1-p forms a diode n + pp + structure with a connecting element 2
  • each of the layers 2-1, 2-2, ..., 2 -n forms a diode p + nn + structure with a connecting element 13, as shown in FIG. 3, FIG. 4.
  • the heterogeneous p + n and n + p junctions formed create lateral concentration gradients and ensure the collection of minority charge carriers near elements 2 and 13 from adjacent layers of the opposite type of conductivity.
  • the isotypic nn + and pp + transitions provide a sink of electrons (lines 11th) to emitter region 2, and holes through layer 13 (lines 11-h) to base 1.
  • such a structure is a parallel sequence connected generators.
  • the described multilayer (multilayer, or multielement) photoelectric converters are abbreviated and designated by the authors as ⁇ -FEP. Since such a structure does not require large diffusion lengths of the NSWs in the layers, it contains k> l transitions, where the separation of charges occurs without loss, the collection coefficient in it tends to unity in a wide range of absorbed radiation.
  • the fact that the generation, separation, and removal of charge carriers from the generation regions occurs in layers allows the use of layers with low degrees of doping: internal sequential layer resistance, in contrast to the structure shown in FIG. 1, in the proposed structure in FIG. 2 and further distributed between the layers.
  • emitter 2 Nonequilibrium electrons generated in base 1 by the long-wavelength part of the spectrum are separated by emitter 2. Since the emitter is made in the form of local regions, its degree of doping, depth and configuration can be arbitrary. In particular, by etching, followed by alloying, it can be buried as much as the mechanical strength of the plate allows. The metallization of the emitter in this case is carried out mainly along the lateral surface, i.e. the contact grid forms narrow, recessed vertical tires. The distance between the emitter connecting elements 2 and their width can be arbitrary: from standard, accepted in the constructs of standard solar cells, to sizes commensurate with the characteristic diffusion length in the base region. The back side of the converter can also be performed similarly to the front. To the back, we can apply any of the constructions known in the art.
  • Figure 5 shows an example of the implementation of a discrete ⁇ -PEC planar converter on a semiconductor substrate with several separate photoconverting parts, each of which or some of which are multilayer multi-junction in accordance with the previously described aspects of the invention.
  • a converter comprises a set of photoconverting parts, one or more of these parts including a sequence of semiconductor layers of the same semiconductor material, forming a sequence of homojunctions with increasing depth (i.e., sequentially located from the surface of the photoconverting part to its depth )
  • These photoconverting parts can be performed in the same way as described previously, layers of the same type (i.e. having the same type of conductivity) can be switched in parallel, serial or combined manner.
  • Photoconverting parts can have different depths, widths, lengths and arbitrary configuration of layers in the section. Alternatively, the photoconverting parts can be localized to geometrically small sizes, and their number on the surface of the converter can be increased.
  • the structure of the proposed discrete converter can be supplemented by an element 13 made in base 1 and creating a deflecting built-in field that prevents the recombination of charges.
  • the spectral response in the long-wavelength range of the spectrum with photon energies exceeding the band gap is limited by the diffusion length of minority charge carriers Ln in the base.
  • the thickness of the base Hb is chosen less than Ln.
  • part of the Hb-H L base is used inefficiently. It is possible to increase the efficiency of collecting media from the depth of the base without increasing the life time in the base by increasing the depth of the emitter coupler 2 both by increasing the diffusion time and by creating locally etched emitters.
  • areas of the emitter elements 2 are pre-etched, after which the process of alloying and metallization of the emitter is carried out. The etching depth is limited only by the mechanical strength of the substrate.
  • the structure of the front side of the discrete converter can be modified in various ways. For example, if in one of the photoconverting parts the conductivity of the first layer (closest to the surface) of the claimed sequence forming homojunctions is the same as the base conductivity (i.e., for example, p-type conductivity), and in the other photoconverting part, the conductivity of the first according to the layer account is given a heterogeneous base (i.e., in the n-type case), then parallel switching of layers 1-1, 1-2, ...
  • the collector electrodes 8-1, adjacent to the first set of photoconverting parts, connected to each other in parallel will have a positive polarity. Electrodes 8-2 connected in parallel to each other will have a negative polarity.
  • the electrodes 9-1 and 9-2 located on the back side of a multipolar double-sided discrete converter can be connected similarly to the front ones. The mutual arrangement of the groups of elements is selected taking into account the effective diffusion lengths of the NSC in the base.
  • a standard semiconductor technology with standard semiconductor substrate materials can be used to manufacture the converters of the invention.
  • the invention provides the creation of highly efficient broadband electromagnetic radiation converters having high conversion efficiency in a wide range of wavelengths and intensities: from infrared radiation to UV. Converters can be successfully used in power engineering and other industries, in particular, as a source of electromotive force.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

Изобретение относится к полупроводниковым преобразователям электромагнитного излучения. Согласно первому аспекту изобретения заявлена фотопреобразующая часть преобразователя электромагнитного излучения, включающая в себя последовательность полупроводниковых слоев, образующих между собой последовательность гомо-переходов с возрастающей глубиной, которая содержит более одного разнотипного перехода. Согласно второму аспекту изобретения заявлена фотопреобразующая часть преобразователя электромагнитного излучения, включающая в себя последовательность полупроводниковых слоев, образующих между собой последовательность гомо- переходов с возрастающей глубиной, содержащую более одного разнотипного перехода, при этом по меньшей мере часть указанных слоев с одинаковым типом проводимости скоммутирована параллельно. Раскрыт также преобразователь электромагнитного излучения, включающий в себя по меньшей мере M ≥ 1 фотопреобразующих частей и токосъемные электроды, в котором по крайней мере одна из M фотопреобразующих частей включает в себя последовательность скоммутированных полупроводниковых слоев, образующих между собой последовательность гомопереходов с возрастающей глубиной, которая содержит более одного разнотипного перехода. В результате решается задача создания высокоэффективных широкополосных преобразователей электромагнитного излучения, имеющих высокую эффективность преобразования в широком диапазоне длин волн и интенсивностей: от ИК излучения до УФ.

Description

ФОТОПРЕОБРАЗУЮЩАЯ ЧАСТЬ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО
ИЗЛУЧЕНИЯ (ВАРИАНТЫ),
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к полупроводниковым преобразователям электромагнитного излучения (ЭМИ), напрямую преобразующих падающее излучение в электродвижущую силу (ЭДС) как в оптически видимом, так и в невидимом (в ИК, УФ) диапазоне длин волн и ниже, а также к способам модификации полупроводниковой подложки, на котором он выполнен.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Спектральная чувствительность известных фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) на полупроводниковых материалах, представляющих гетерогенную n+pp+ (P+Hp+) диодную структуру, ограничена в длинноволновом диапазоне спектра шириной запрещенной зоны (ШЗЗ) полупроводника и недостаточной диффузионной длиной неосновных носителей в области р (п) базы, а в коротковолновом диапазоне - рекомбина- ционными потерями на фотопреобразующей поверхности и в объеме сплошного n+ (p+) приповерхностного слоя. Повышение КПД и расширение спектральной чувствительности известных в уровне техники ФЭП осуществляется применением многослойных гетероструктур в каскадных преобразователях. (Алферов Ж.И., Андреев B.M., Румянцев B.Д.. /Тенденции и перспективы развития солнечной энергетики. /Физика и техника полупроводников, 2004, т.38, вып.8. С.937 - 948; Мейтин M.. / Фотовольтаика: материалы, технологии, перспективы. // Электроника: наука, технология, бизнес. 2000 . N° 6. - С. 40-46; Константинов П.Б., Концевой Ю.A., Максимов Ю.А. Кремниевые^солнечные элементы. Москва: изд. МИРЭА, 2005. 70 с). Такие преобразователи требуют полного спектра падающего излучения, модулирующего проводимость каждого из слоев, имеют крайне высокую стоимость при низком послойном коэффициенте преобразования. Для расширения преобразуемого спектра падающего излучения в коротковолновую область авторами данного изобретения ранее предложена структура дискретного преобразователя с открытыми, нелегированными оптическими окнами, сочетающая в себе как высокие диодные свойства преобразователя, так и оптические (РСТ/RU 2007/000301, приоритет от 08.06.2006 г.). Такая структура имеет более высокую, чувст- вительность в УФ диапазоне чем «фиoлeтoвыe» образцы и более высокий коэффициент преобразования во всем преобразуемом диапазоне, чем обычные образцы.
Для снижения поверхностной рекомбинации неравновесных носителей заряда в фотопреобразующей части преобразователя авторами ранее предложены системы по- лей, образуемые изотипным переходом (переходами), отклоняющими электродами, встроенными в диэлектрик антирефлекторного покрытия зарядами и комбинациями приемов. Высокий коэффициент преобразования в длинноволновой области достигается увеличением градиентов концентрации неравновесных носителей заряда (НрНЗ) путем создания латеральных, направленных к р-п переходам градиентов, концентрирова- нием падающего излучения в объеме базы микролинзами и другими приемами, которые изложены в предыдущих изобретениях авторов (см., например, авт. Будишевский Ю.Д., Цой Б. и др. RU 2006140882, приоритет от 21.11.2006 г. БИ Jfel5 от 27.05.2008 г., а также более раннее изобретение этих же авторов WO2007145546, опубл. 21.12.2007) Известна структура вертикального многопереходного преобразователя с верти- кальными (параллельными потоку падающего излучения) р-п переходами (ВМП- преобразователь), и способ его изготовления, заключающийся в том, что из большого числа отдельных обычных n+pp+ однопереходных солнечных элементов (пластин) формируется стопка (ссылку см. ниже). Пластины в стопке соединяются пайкой или диффузионной сваркой. Стопку разрезают по нормали к плоскостям переходов на отдель- ные ВМП-преобразователи, фронтальные поверхности которых полируется и покрывается пассивирующим и просветляющим слоями.
Таким образом, ВМП-преобразователь составлен из последовательного механического соединения однопереходных диодов и обладает свойствами последовательного соединения элементов тока: выходное напряжение равно сумме напряжений генери- руемых каждым из ФЭП а выходной ток определяется минимальным током генерируемым каким либо из ФЭП, входящих в стопку. Последовательное сопротивление ВМП-преобразователя равно сумме сопротивлений ФЭП составляющих стопку. При тщательным подборе ФЭП стопка характеризуются высокой величиной фактора заполнения FF~0,8, что свидетельствует о принципиальной возможности получения малого последовательного сопротивления преобразователя.
Коэффициент собирания таких структур не зависит от длины волны падающего излучения в интервале λ=340-1080 нм. В УФ области спектра высокое собирание носителей достигается тем, что УФ излучение поглощается не в сильно легированном эмиттере, а в слабо легированной базе. В ИК области высокое собирание неосновных носи- телей заряда обусловлено высоким временем жизни носителей заряда в области базы, (см. Фаренбрух А., Бьюб 3. «Coлнeчныe элементы: Теория и эксперимент)) Москва, Энергоатомиздат, 1987г., 280 с. // Е.Г. Гук и др. (Характеристики кремниевых многопереходных СЭ с вертикальными pn-пepexoдaми» ФТП, 1997, том 31, N°7). Возможные схемы соединения микроэлементов в ВМП-преобразователе допускают как параллельное, так и последовательное соединение с частичной коммутацией р-п переходов. Недостатком ВМП-преобразователей является высокая стоимость их изготовления несовместимая с низкой (~11%) эффективностью преобразования солнечной энергии. Поэтому ВМП-преобразователи не нашли широкого применения. Ближайшим прототипом данного изобретения является ранее заявленный авторами планарный многослоевой многопереходный преобразователь, состоящий из дискретных локализованных п^рVр... структур, сформированных в теле общей р-базы (см. PCT7RU 2008/000490, приоритет 01.08.2007 г.). Недостатком такого преобразователя является технологические сложности, возникающие при коммутации слоев в каж- дом из элементов и объединении элементов в параллельные цепи, требующие применения последовательности фотолитографий.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В связи с вышесказанными недостатками, присущими решениям известным из уровня техники, целью изобретения является создание высокоэффективных широкопо- лосных преобразователей ЭМИ, имеющих высокую эффективность преобразования в широком диапазоне длин волн и интенсивностей ЭМИ: от ИК излучения до УФ и ниже.
Согласно первому аспекту изобретения указанная цель достигается в фотопре- образующей части преобразователя электромагнитного излучения, включающей в себя последовательность полупроводниковых слоев, образующих между собой последова- тельность гомопереходов с возрастающей глубиной, которая содержит более одного разнотипного перехода.
Здесь и далее по тексту под фотопреобразующей понимается часть преобразователя электромагнитного излучения, в которой происходит разделение зарядов, сгенерированных в результате действия ЭМИ на преобразователь. Указание на последователь- ность переходов (гомопереходов) с возрастающей глубиной означает, что переходы последовательно располагаются вглубь фотопреобразующей части от ее поверхности, так что глубины Xj1, Xj2, Xj3, Xj4,-", Хjk последовательности из k переходов (k>l) связаны друг с другом соотношением Xj1 < Xj2 < Xj3 < Xj4 <... < Хjk, где Xj1 соответствует наиболее близко расположенному к поверхности переходу из выбранной последовательно- сти. Признак «включaющaя в себя [последовательность полупроводниковых cлoeв]» по отношению к фотопреобразующей части преобразователя здесь и далее означает, что помимо указанной последовательности фотопреобразующая часть может содержать также и другие элементы, в частности другие слои. Под полупроводниковыми слоями понимаются слои полупроводникового материала, имеющего электронную (п-типа), дырочную (р-типа) или собственную (i-типа) проводимость.
Кроме того, как это принято в данной области техники, под гомопереходами (гомогенными переходами) следует понимать переход на границе между областями с различной проводимостью из одного и того же полупроводникового материала. Соот- ветственно под гетеропереходами (гетерогенными переходами) понимаются переходы между областями из разных полупроводниковых материалов. Под разнотипным (анизо- типным) переходом понимается переход, образованный на границе областей (слоев) с разными типами проводимости, в то время как под изотопным переходом - переход, образованный на границе областей (слоев) с проводимостью одного типа. Согласно второму аспекту изобретения указанная цель достигается в фотопреобразующей части преобразователя электромагнитного излучения, включающей в себя последовательность полупроводниковых слоев, образующих между собой последовательность гомопереходов с возрастающей глубиной, содержащую более одного разнотипного перехода, при этом по меньшей мере часть указанных слоев с одинаковым ти- пом проводимости скоммутирована параллельно.
Под коммутацией слоев здесь и далее следует понимать их соединение между собой посредством дополнительных полупроводниковых или проводящих элементов.
Под параллельной коммутацией следует понимать соединение слоев, при котором они образуют параллельную цепь. Под последовательной коммутацией, соответственно, понимается соединение слоев с образованием последовательной цепи.
При этом в разных частных случаях могу быть параллельно скоммутированы по крайней мере часть слоев или все слои с дырочной проводимостью и/или могут быть параллельно скоммутированы по крайней мере часть слоев или все слои с электронной проводимостью. В еще одном частном случае по крайней мере один из указанных слоев может иметь разрыв сплошности. В рамках изобретения под разрывом сплошности слоя следует понимать любое его нарушение и/или изъятие из него хотя бы части материала, при котором нарушается однородность и/или непрерывность слоя, и при котором участок с разрывом будет отличаться от участка слоя, не имеющего такого разрыва.
Согласно третьему аспекту изобретения цель достигается в преобразователе электромагнитного излучения, включающем в себя по меньшей мере M > 1 фотопреоб- разующих частей и токосъемные электроды, в котором по крайней мере одна из M фотопреобразующих частей выполнена вышеописанным способом и включает в себя последовательность скоммутированных полупроводниковых слоев, образующих между собой последовательность гомопереходов с возрастающей глубиной, которая содержит более одного разнотипного перехода. При этом в разных частных случаях преобразователь может содержать одну фо- топреобразующую часть указанного типа на его лицевой стороне и/или одну фотопре- образующую часть указанного типа на его тыльной стороне (односторонний или двусторонний унитарный преобразователь).
В других случаях преобразователь по крайней мере на одной из своих сторон может содержать несколько обособленных друг от друга фотопреобразующих частей, хотя бы одна из которых имеет многослойную структуру описанного типа. Указанные несколько обособленных фотопреобразующих частей могут быть выполнены на лицевой стороне преобразователя и/или на тыльной стороне преобразователя (односторонний или двусторонний дискретный преобразователь). При этом одна, несколько или все фотопреобразующие части преобразователя (на лицевой и/или на тыльной стороне) могут иметь конструкцию по любому из частных случаев реализации фотопреобразующей части, описанных ранее. Иными словами даже имея многослойную структуру по изобретению фотопреобразующие части не обязательно выполняются идентичными как рассмотренные по отношению друг к другу в пределах одной стороны (например для дискретного преобразователя), так и в сравнении с фотопреобразующей частью или частями с другой стороны (для унитарного или дискретного двустороннего преобразователя).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕРМИНОВ И СОКРАЩЕНИЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В НАСТОЯЩЕМ ОПИСАНИИ. ЭМИ - электромагнитное излучение, способное образовать неравновесные носители зарядов в преобразователе. Характеризуется длинами электромагнитных волн 0,005÷1000 мкм т.н. «oптичecкoe излyчeниe» или «oптичecкий диапазону для которого характерно эффективное формирование потоков излучения с помощью оптических систем - линз, зеркал и т.п. (Крутикова MT. u др. ((Полупроводниковые приборы и основы их проектирования)}, M.: Радио и связь, 1983. — 352 с.)
Подложка - пластина из любого подходящего материала, на (в) которой формируются элементы преобразователя. Далее без ограничения общности для примера рас- сматривается кремниевая подложка р типа проводимости.
Лицевая сторона (JIC) преобразователя, фронтальная сторона - сторона, которая подвергается прямому воздействию или облучению ЭМИ.
Обратная сторона ОС преобразователя (или теневая сторона, или тыльная сторона) - сторона, противоположная лицевой. База преобразователя - часть преобразователя, в которой происходит поглощение ЭМИ без разделения зарядов.
Эмиттер преобразователя E — элемент преобразователя, в которой происходит накопление неосновных по отношению к базе носителей зарядов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ В дальнейшем сущность изобретения будет раскрыта более подробно на конкретных примерах его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображены:
- на фиг.l. - структура стандартного кремниевого горизонтального однопереход- ного преобразователя, известного из уровня техники; - на фиг.2. - структура многослойной многопереходной фотопреобразующой части горизонтального преобразователя по одному из возможных частных случаев реализации изобретения (μ-ФЭП);
- на фиг.З - структурная схема одностороннего преобразователя с одной многослойной многопереходной фотопреобразующей частью по изобретению (μ- ФЭП); - на фиг.4 - фрагмент структуры фотопреобразующой части преобразователя, схема которого приведена на фиг.З;
- на фиг.5 - структурная схема планарного дискретного преобразователя в соответствии с одним из частных случаев реализации изобретения.
- на фиг.6 - структурная схема двустороннего преобразователя в соответствии с одним из частных случаев реализации изобретения.
Позициями на чертежах обозначены: 1- полупроводниковая база преобразователя первого типа проводимости (в рассматриваемых примерах - р-проводимости); 1-1,1- 2,...l-p - последовательность р слоев с типом проводимости, одинаковым с базой; 2- сформированный в базе эмиттер 2-го, противоположного базе типа проводимости (п- проводимости); 2s - приповерхностный сильно легированный подконтактный слой эмиттера; 2i - приповерхностный сильно легированный слой эмиттера, с изотипным барьером 2j; 2-1, 2-2, ... 2-n - последовательность п слоев с типом проводимости, идентичным эмиттеру 2; 3-1, 3-2, ...3-k - последовательность k гомогенных рп-переходов, образованных слоями 1-1, 2-1, 1-2, 2-2 ... 1-p, 2-n; k=p+n; 3- фронтальный переход эмиттер-база; 4-тыльный высоколегированный слой с однотипным базе типом проводимости; 5-изoтипный тыльный переход (барьер); 6-aнтиpeфлeктopный слой (антирефлекторное покрытие); 7-контактное окно; 8 -Металлизация фронтальной стороны (фронтальный токосъемный электрод/электроды); 9-мeтaллизaция тыльной стороны (тыльный токосъемный электрод/электроды); 10-пaдaющee излучение; 11-е - линии тока электронов; 11-h-линии тока дырок; 13- фронтальный углубленный высоколегированный элемент с типом проводимости, одинаковым с проводимостью базы; 14- фронтальный высоколегированный слой с типом проводимости, одинаковым с проводимостью базы; 15-изoтипный базе фронтальный переход (барьер); 16-тыльный углублен- ный высоколегированный отклоняющий элемент с однотипным базе типом проводимости; 17- однотипный с эмиттером фронтальный слой, соединяющий слои 2-1, 2-2, ... 2- п; 18- изотипный фронтальный переход (барьер) со слоями 2-1, 2-2, ... 2-n; 19 - фронтальный р-п переход.
ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ Для объяснения сущности изобретения рассмотрим для начала пример стандрат- ного, известного из уровня техники горизонтального кремниевого гомогенного преобразователя n+pp+ структуры со сплошным слоем n+ эмиттера (см. фиг.l). Известный преобразователь имеет n+p переход глубиной Xj, шириной ОПЗ W, характерными диффузионными длинами неосновных носителей заряда Lpn, Lnp. На фиг.1 также пока- заны линии тока фотогенерированных электронов е и дырок h (а) и предполагаемые профили распределения донорной Nd и акцепторной Na примесей Qo).
Известно, что полный фототок J(λ), возникающий при поглощении света с заданной длиной волны λ, равен сумме фототоков генерируемых из области эмиттера 2 Jp(λ), базы 1 Jn(λ) и перехода 3 Jj (λ): J(λ) = Jp(λ)+ Jn(λ)+ Jj(λ) 1)
Спектральный отклик:
S(λ) = J(λ)/ qG (λ) 2) где q - заряд электрона, а G(XHe'6" - зависимость скорости генерации электронно - дырочных пар от расстояния от поверхности x=0, определяемый коэффициентом поглощения ά(λ), характерным для каждого из полупроводников.
В кремнии зависимость ά(x) такова, что кванты с длиной волны λ<0,8 мкм (E>1,55 эВ) поглощается в довольно узкой приповерхностной зоне преобразователя протяженностью менее 10 мкм вглубь области базы.
Известно, что спектральный отклик «фиoлeтoвoгo» кремниевого солнечного элемента (стандартного преобразователя с тонким слаболегированным эмиттером, имеющего высокий спектральный отклик в коротковолновом диапазоне спектра) в коротко- волновой части E>2,5 эВ (λ<0,5 мкм) в l,5÷3,0 раза превышает отклик обычного элемента. Форма его спектрального отклика близка к теоретической при невысокой скорости поверхностной рекомбинации Sp-I О4 см/с. При энергиях фотонов выше 3,5 эВ (λ<0,35 мкм) спектральный отклик полностью определятся лицевым слоем. В обычных элементах с углубленным и более легированным n+ эмиттерным слоем, обладающим меньшими диффузионными длинами спектральный отклик в коротковолновом диапазоне приближается к теоретическому для Sp=IO^lO6 см/с. (см. Зи С. «Физикa полупроводниковых приборов: в 2-х книгах, Кн. 2.», Москва, Мир 1984г., 456 с, Гл.14). Доля дырок, собираемых в базе из эмиттерного слоя, определяется диффузионной длиной Lpn определяемой при прочих равных условиях профилем легирования эмиттера. Часть фотонов, поглощенная эмиттером в приповерхностном слое Xj-Lpn рекомбинирует вследствие крайне низкого времени жизни неравновесных носителей в сильно легированной приповерхностной области этого слоя 2s. Чем выше степень легирования этого слоя Ns и больше глубина р-п перехода Xj, тем ниже спектральный отклик в коротковолновом диапазоне спектра. Доля электронов, собираемых из базы в эмиттерную область определяется диффузионной длиной электронов Lnp ~150÷250 мкм для кремния. Толщина базы Hb, как правило, выбирается из условий Hb < Lnp при соблюдении требований к механической прочности пластины и составляет 180÷280 мкм. Несмотря на то, что доля потока фотонов в этом диапазоне спектра значительно выше, вклад в спектральную чувствитель- ность преобразователя базовой области в диапазоне λяθ,85÷l,l мкм (E>1,1 эВ) резко уменьшается. Это связано не только с резким спадом коэффициента поглощения в этом диапазоне, но и крайне низким коэффициентом преобразования в диапазоне длин волн правее узкого максимума спектральной чувствительности обычного кремниевого ФЭП (λя=0,85 мкм). Максимум спектральной чувствительности «фиoлeтoвыx» ФЭП более широкий и соответствует диапазону падающих фотонов B=2,0÷3,0 эВ (λ=Ю,4÷0,6 мкм). В целом для кремниевых ФЭП, «фиoлeтoвыx» и обычных спектральный отклик на уровне 0,9 наблюдается в довольно широком диапазоне энергий E=l,3÷3,3 эВ
Figure imgf000011_0001
мкм). Фотоны с энергиями этого диапазона поглощаются вблизи поверх- ности, т.е. эффективно используется только узкая полоса преобразователя шириной 0,l÷40 мкм.
В области пространственного заряда (ОПЗ) р-п перехода поле настолько велико, что фотогенерированные электроны и дырки выносятся из обедненного слоя еще до того, как успеют рекомбинировать между собой. Поэтому фототок обедненного слоя в единичном спектральном интервале равен числу фотонов, поглощаемых в этом слое в единицу времени. Несмотря на то, что ширина ОПЗ W ничтожно мала по отношению к толщине базы Hb, вклад р-п перехода в спектральный отклик достигает 20% независимо от класса ФЭП — «фиoлeтoвый» или обычный.
В соответствии с заявленным изобретением предлагается в отличие от решений, известных на предшествующем уровне техники, включать в состав фотопреобразую- щей части преобразователя последовательность слоев, выполненных из одного и того же полупроводникового материала (например, кремния, арсенида галлия, германия и др.), образующих последовательность гомопереходов, как показано на фиг.2. При этом число разнотипных переходов должно быть более одного. В показанном примере фото- преобразующая часть включает в себя последовательность c-1, c-2. c-3, c-4,...,c-k слоев толщиной H1, H2, Нз, H4, ..., Hk, образующих к горизонтальных Хjь Xj2, Хjз, Xj4,- ••, Хjк гомопереходов с шириной ОПЗ W1, W2, Wз, W4, ..., Wk , характерными диффузионными длинами неосновных носителей заряда Lp i, Ln2,..., Lnp и линиями тока фотоге- нерированных электронов е и дырок h. В рассматриваемом примере предполагаемый профиль легирования слоев зависит от способа их получения - диффузия, ионная имплантация и отжиг, эпитаксиальное наращивание и др. или комбинацией способов. Предполагаемая степень легирования слоев не имеет принципиального значения и определяется условиями обеспечения максимального спектрального отклика данного слоя в сочетании с соседними слоями. В слу- чае низкого уровня легирования 1-го слоя c-1 контактная область может быть подлеги- рована (слой 2s) для получения омического контакта. Для снижения скорости поверхностной рекомбинации 1-й слой c-1 по поверхности может быть дополнен изотипным слоем 2i создающим изотипный потенциальный барьер 2j, препятствующий выводу ННЗ из менее легированной области. Тип проводимости 1-го слоя с- 1 относительно ти- па проводимости базы 1 не имеет принципиального значения, а в случае совпадения типов проводимости базы и этого слоя на его поверхности может быть сформирован диод Шокли (гомогенный или гетерогенный) или локальный диод Шоттки требуемого направления, либо комбинация диодов. Толщина каждого из слоев H1, H2, H3, H4, Hk, предпочтительно соизмерима с характерными диффузионными длинами неосновных носителей заряда в данном слое Lрi, Ln2, Lp3, Ln4,... Lрk и, учитывая изменение времени жизни при изменении внешних воздействий (интенсивности падающего потока излучения, температуры, радиации и др.) может быть больше или меньше характерной диффузионной длины (характерные диф- фузионные длины ННЗ, определенные при нормальных условиях, соответствует исходным значениям диффузионных длин ННЗ Lpn и Lnp в соответствующих слоях). Лицевая (фотоприемная) поверхность преобразователя может быть текстурирована, а также иметь антирефлекторное покрытие, например, в виде прозрачных токопроводящих пленок (ИТО и др.) с контактной сеткой металлизации. Лицевая поверхность преобра- зователя вне контактов может быть пассивирована диэлектриком, также выполняющим роль антирефлекторного покрытия. Диэлектрик может быть зарядово нейтральным, либо обладать положительным или отрицательным встроенным зарядом, снижающим скорость поверхностной рекомбинации в зависимости от типа проводимости 1-го слоя c-1. Контактная сетка металлизации может быть выполнена любым извест- ным способом.
На фиг.З приведен пример реализации одностороннего преобразователя с одной фотопреобразующей частью вышеописанной структуры по изобретению. В этом примере слои 2-1, 2-2, ... 2-n с однотипной проводимостью скоммутированы в параллельную цепь (скоммутированы в параллельный токовый узел) при помощи углубленного соединительного элемента 2 с проводимостью того же типа, который может например выполняться диффузией. В результате углубленный элемент 2 соединяется со всеми или с частью слоев того же типа проводимости фотопреобразующей части преобразователя (за счет чего и производится параллельная коммутация), а со слоями 1-1, 1-2, ...1- р с проводимостью другого типа образует рп-переходы. При этом слои 1-1, 1-2, ...1- р с проводимостью другого типа могут быть также скоммутированы в параллельный токовый узел при помощи аналогичного углубленного соединительного элемента 13 того же типа проводимости (также, например, выполненного диффузией). Форма углубленных элементов 2 и 13 может быть вообще говоря любой, подходящей для решения поставленной задачи. Можно также отметить, что параллельная коммутация слоев фотопреобразующей части в других случаях реализации изобретения может выполняться не только при помощи соединительных элементов 2 и 13, углубленных в толщу фотопреобразующей части, но и иными способами. В частности если слои имеют помимо горизонтальных еще и вертикальные или криволинейные участки, в резуль- тате чего слои выходят на поверхность фотопреобразующей части, параллельная коммутация может осуществляться при помощи полупроводниковых элементов того же типа проводимости, что и коммутируемые слои, либо при помощи проводящих элементов, располагаемых на поверхности фотопреобразующей части (такой пример приводится в дальнейшем при описании частного случая, изображенного на фиг. 6). Допустимы варианты, когда объединяется только одна из групп слоев с проводимостью одного типа: только п-слои при помощи однотипного с ними углубленного элемента 2 либо только р-слои при помощи однотипного с ними углубленного элемента 13. При этом параллельно могут быть скоммутированы только часть слоев одного типа проводимости, а остальные слои того же типа проводимости, не связанные с соедини- тельными элементами остаются последовательно скоммутированы с прилегающими к ним слоями (изотипными или анизотипными — случай комбинированной коммутации). Это справедливо как при параллельной коммутации слоев только одного типа проводимости, так и в приведенном на фиг.З примере параллельной коммутации слоев обоих типов проводимости, Как показано на фиr.2 и 3 гомогенный слой, являющийся последним (наиболее глубоким) в последовательности слоев в фотопреобразующей части по изобретению, образующий с предшествующим ему слоем гомопереход, может образовывать переход с базой преобразователя. При этом этот переход может быть как изотопным, так и ани- зотипным, как гомогенным, так и гетерогенным переходом. Помимо этого указанный последний слой, образующий гомопереход со своим предшественником, может граничить не с базой, а с дополнительными глубинными слоями, входящими в состав преобразователя. В этом случае между последним слоем и прилегающим к нему дополнительным слоем или слоями будет очевидным образом образован гетеропереход или гетеропереходы (поскольку в случае гомоперехода данный дополнительный слой будет также входить в состав указанной последовательности гомогенных слоев).
Можно также отметить, что в рамках настоящего изобретения гетеропереходы могут быть образованы не только по границе последнего (наиболее глубокого) слоя из образующей гомопереходы последовательности слооев, но и по другим границам этой последовательности (например, по границе первого слоя наименьшего залегания, или по боковой границе слоев, входящих в последовательность - например, если заменить на фиг.4 элементы 2 и 13 на полупроводниковые элементы из другого полупроводникового материала).
Входящие в состав фотопреобразующей части слои 1-1, 1-2, ...1- р и 2-1, 2-2, ... 2- п, образующие между собой гомопереходы, могут выполняться не сплошными и могут иметь разрывы сплошности в плане и/или в отдельных сечениях преобразователя. При этом разрывы сплошности могут быть обусловлены не только выполнением углубленных соединительных элементов, как показано на фиг.З, но и, например, за счет выполнения на фотоприемной поверхности фотопреобразующей части преобразователя «oкoн», которые могут представлять собой участки базы 1, не подвергнутые легированию при изготовлении фотопреобразующей части, либо выведенные наружу в результате травления части фотоприемной поверхности. При этом форма, размер и количество «oкoн» (может быть от одного «oкнa» и более) могут в каждом конкретном случае подбираться специалистом, исходя из решаемой задачи. При этом разрывы сплошности («oкнa») сами по себе могут не приводить к разрыву одной фотопреобразующей части на несколько частей, т.е. к образованию дискретного преобразователя, рассмотренного далее (любая из фотопреобразующих частей которого, однако, также может иметь разрывы сплошности в своих слоях). Рассматриваемые разрывы сплошности в случае унитарного преобразователя по изобретению образуют «ceтчaтый» слой (если сплошность разорвана у одного слоя) или «ceтчaтyю» структуру из совокупности нескольких подряд расположенных слоев с разрывами сплошности.
Принцип действия предлагаемого преобразователя и достижение технического эффекта. Фототоки Jp(λ) и Jn(λ) генерируемые из квазинейтральных областей слоев с- 1, c-2, c-3, c-4,..., с-k определяются распределением фотонов по толщине слоев, эффек- тивными диффузионными длинами в слоях и градиентами концентрации неосновных носителей заряда на краях обедненных областей. Поскольку в последовательности более одного разнотипного перехода и каждый из слоев, кроме первого c-1 и базы, ограничен р-п переходами с двух сторон, как показано на фиг. 2, фиг.З и фиг. 4, то в них возникают двунаправленные градиенты концентраций, происходит разделение зарядов и сток неосновных носителей заряда в соседние слои, где носители становятся основными и выводятся во внешние цепи через высоколегированные общие элементы 2 и 13.
Электронно — дырочные пары, генерированные в областях пространственного заряда (ОПЗ) W1, W2, W3, W4, ..., Wk разделяются в соседние квазинейтральные области слоев полями р-п переходов. Сама же область пространственного заряда имеет форму меандра, так что световому потоку 10 неоднократно приходится пересекать ОПЗ.
В горизонтальном направлении каждый из слоев 1-1, 1-2, ..., 1-p образует диодную n+pp+ структуру с соединительным элементом 2, а каждый из слоев 2-1, 2-2, ..., 2-n образует диодную p+nn+ структуру с соединительным элементом 13, как показано на фиг.З, фиг. 4. Образованные разнотипные p+n и n+p переходы создают латеральные градиенты концентрации и обеспечивают собирание неосновных носителей заряда вблизи элементов 2 и 13 из граничащих с ними слоев противоположного типа проводимости. Изотипные nn+ и pp+ переходы обеспечивают сток электронов (линии 11-е) в эмиттер- ную область 2, а дырок через слой 13 (линии 11-h) в базу 1. Таким образом, в вертикальном направлении такая структура представляет собой последовательность параллельно соединенных генераторов. Описанные многослойные (мультислойные, или мультиэлементные) фотоэлектрические преобразователи сокращенно обозначены и названы авторами как μ-ФЭП. Поскольку такая структура не требует больших диффузионных длин ННЗ в слоях, содержит k>l переходов, где разделение зарядов происходит без потерь, то коэффициент собирания в ней стремится к единице в широком диапазоне поглощенного излучения. То, что генерация, разделение и вывод носителей заряда из областей генерации происходит послойно, позволяет использовать слои с невысокими степенями легирова- ния: внутреннее последовательное слоевое сопротивление в отличие от структуры, представленной на фиг.l, в предлагаемой структуре на фиг. 2 и далее распределено между слоями.
Неравновесные электроны, генерированные в базе 1 длинноволновой частью спектра, разделяются эмиттером 2. Поскольку эмиттер выполнен в виде локальных об- ластей его степень легирования, глубина и конфигурация могут быть произвольными. В частности, путем травления с последующим легированием он может быть заглублен настолько, насколько позволяет механическая прочность пластины. Металлизация эмиттера в этом случае выполняется преимущественно по боковой поверхности, т.е. контактная сетка образует узкие углубленные вертикальные шины. Расстояние между эмиттерными соединительными элементами 2 и их ширина могут быть произвольными: от типовых, принятых в конструктивах стандартных солнечных элементов, до размеров, соизмеримых с характерной диффузионной длиной в базовой области. Тыльная сторона преобразователя также может быть выполнена аналогично фронтальной. К тыльной стороне применим любой из известных в уровне техники конструкций исполнения.
На фиг.5 приведен пример выполнения на полупроводниковой подложке дис- кретного планарного преобразователя μ-ФЭП с несколькими обособленными фотопре- образующими частями, каждая из которых или некоторые из которых выполняются многослойными многопереходными в соответствии с ранее описанными аспектами изобретения. В частности, такой преобразователь содержит набор фотопреобразующих частей, причем одна или несколько таких частей включают в себя последовательность полупроводниковых слоев из одного и того же полупроводникового материала, образующих последовательность гомопереходов с нарастающей глубиной (т.е. последовательно располагающихся от поверхности фотопреобразующей части в ее глубину). Указанные фотопреобразующие части могут выполняться так же, как и описано ранее, однотипные слои (т.е. имеющие один тип проводимости) могут быть скоммутированы параллельным, последовательным или комбинированным способом.
Скоммутированные параллельно слои в пределах одной фотопреобразующей части объединяются в катодный К (отрицательно заряженный) и/или анодный А (положительно заряженный) токовые узлы. Катодный токовый узел К между слоями 2-1, 2-2, ... 2-n образован общим для них углубленным эмиттерным соединительным элементом 2. Слои 1-1, 1-2, ...1- р с однотипной базе 1 проводимостью параллельно соединены в анодный токовый узел А соединительным элементом 14, образующим с базой изотип- ный переход 15. Фотопреобразующие части могут иметь различную глубину, ширину, протяженность и произвольную конфигурацию слоев в сечении. Как вариант фотопреобразующие части могут быть локализованы до геометрически малых размеров, а их число на поверхности преобразователя может быть увеличено.
Структура предлагаемого дискретного преобразователя может быть дополнена элементом 13, выполненным в базе 1 и создающим отклоняющее встроенное поле, предотвращающее рекомбинацию зарядов.
В дискретном варианте исполнения спектральный отклик в длинноволновом диа- пазоне спектра с энергиями фотонов, превышающих ширину запрещенной зоны, ограничен диффузионной длинной неосновных носителей заряда Ln в базе. Как правило, толщина базы Hb выбирается меньше Ln. При невысоких временах жизни часть базы НЬ-НL используется неэффективно. Повысить эффективность собирания носителей из глубины базы без увеличения времени жизни в базе можно путем увеличения глубины эмиттерного соединительного элемента 2 как за счет увеличения времени диффузии, так и созданием локально травленных эмиттеров. Для этого в кремниевой структуре, изображенной на фиг. 4 области эмиттерных элементов 2 предварительно вытравливаются, после чего проводится процесс легирования и металлизации эмиттера. Глубина травления ограничивается только механической прочностью подложки. Таким образом можно сформировать объемный пучковый мультиэлементный преобразователь πμ-ФЭП.
Структура фронтальной стороны дискретного преобразователя, представленная на фиг.5, как вариант, может быть модифицирована различными способами. Например, если в одной из фотопреобразующих частей проводимость первого по счету (наиболее близкого к поверхности) слоя из заявленной последовательности, образующей гомопе- реходы, однотипна проводимости базы (т.е. например р-типа проводимости), а в другой фотопреобразующей части проводимость первого по счету слоя задана разнотип- ной базе (т.е. в данном случае п-типа), то параллельной коммутацией слоев 1-1, 1-2,... р-типа проводимости между собой и с базой общим элементом 14 р-типа (образующим изотипный переход 15 с р-базой 1), а слои п-типа проводимости 2-1, 2-2, 2-3,... общим элементом 17 п-типа (образующим с базой 1 р-п переход 19) может быть получен односторонний двуполярный преобразователь. При этом аналогичная структура (или ее часть) может быть выполнена и на обратной стороне преобразователя с получением двустороннего преобразователя. Пример такого выполнения приведен на фиг.6.
Токосъемные электроды 8-1, прилегающие к первому набору фотопреобразующих частей, соединенные между собой параллельно будут иметь положительную полярность. Электроды 8-2, соединенные между собой параллельно будут иметь отрица- тельную полярность. Электроды 9-1 и 9-2, расположенные на тыльной стороне многополярного двустороннего дискретного преобразователя могут соединяться аналогично фронтальным. Взаимное расположение групп элементов выбирается с учетом эффективных диффузионных длин ННЗ в базе.
В заключение следует отметить, что вышеописанные примеры приведены исклю- чительно для лучшего понимания сущности изобретения и не могут рассматриваться в качестве ограничивающих испрашиваемый объем правовой охраны, который полностью определен исключительно прилагаемой формулой изобретения. ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Для изготовления преобразователей по изобретению может использоваться стандартная полупроводниковая технология со стандартными полупроводниковыми материалами подложки. Изобретение обеспечивает создание высокоэффективных широкополосных преобразователей электромагнитного излучения, имеющих высокую эффективность преобразования в широком диапазоне длин волн и интенсивностей: от ИК излучения до УФ. Преобразователи могут успешно применяться в энергетике, других областях промышленности, в частности , в качестве источника электродвижущей силы.

Claims

Формула изобретения
1. Фотопреобразующая часть преобразователя электромагнитного излучения, включающая в себя последовательность полупроводниковых слоев, образующих между собой последовательность гомопереходов с возрастающей глубиной, которая содержит более одного разнотипного перехода.
2. Фотопреобразующая часть преобразователя электромагнитного излучения, включающая в себя последовательность полупроводниковых слоев, образующих между собой последовательность гомопереходов с возрастающей глубиной, содержащую бо- лее одного разнотипного перехода, при этом по меньшей мере часть указанных слоев с одинаковым типом проводимости скоммутирована параллельно.
3. Фотопреобразующая часть по п.2, отличающаяся тем, что параллельно скомму- тированы по крайней мере часть слоев с дырочной проводимостью.
4. Фотопреобразующая часть по п.З, отличающаяся тем, что параллельно скомму- тированы все слои с дырочной проводимостью.
5. Фотопреобразующая часть по любому из пп.2-4, отличающаяся тем, что параллельно скоммутированы по крайней мере часть слоев с электронной проводимостью.
6. Фотопреобразующая часть по п.5, отличающаяся тем, что параллельно скоммутированы все слои с электронной проводимостью.
7. Фотопреобразующая часть по любому из пп.2-4, 6, отличающаяся тем, что по крайней мере один из указанных слоев имеет разрыв сплошности.
8. Преобразователь электромагнитного излучения, включающий в себя по меньшей мере M > 1 фотопреобразующих частей и токосъемные электроды, характеризующийся тем, что по крайней мере одна из M фотопреобразующих частей включает в себя по- следовательность скоммутированных полупроводниковых слоев, образующих между собой последовательность гомопереходов с возрастающей глубиной, которая содержит более одного разнотипного перехода.
9. Преобразователь по п.8, отличающийся тем, что он содержит одну фотопреобра- зующую часть указанного типа, расположенную на его лицевой стороне.
10. Преобразователь по п.8 или п.9, отличающийся тем, что он содержит одну фото- преобразующую часть указанного типа, расположенную на его тыльной стороне.
11. Преобразователь по п.8, отличающийся тем, что по крайней мере на одной из своих сторон он содержит несколько обособленных друг от друга фотопреобразующих частей, хотя бы одна из которых имеет многослойную структуру описанного типа.
12. Преобразователь по п.l l, отличающийся тем, что указанные несколько обособ- ленных фотопреобразующих частей выполнены на лицевой стороне преобразователя.
13. Преобразователь по пп.l l или 12, отличающийся тем, что указанные несколько обособленных фотопреобразующих частей выполнены на тыльной стороне преобразователя.
14. Преобразователь по п.12, отличающийся тем, что все указанные обособленные фотопреобразующие части имеют многослойную структуру описанного типа.
15. Преобразователь по п.13, отличающийся тем, что все указанные обособленные фотопреобразующие части имеют многослойную структуру описанного типа.
PCT/RU2010/000089 2009-03-04 2010-02-26 Фотопреобразующая часть преобразователя электромагнитного излучения (варианты), преобразователь электромагнитного излучения WO2010104414A1 (ru)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010800185008A CN102422433A (zh) 2009-03-04 2010-02-26 电磁辐射转换器的光转换部分(不同的实施例)以及电磁辐射转换器
AU2010221821A AU2010221821A1 (en) 2009-03-04 2010-02-26 A photo-converting part of an electromagnetic radiation converter (variant embodiments), and an electromagnetic radiation converter
EP10751068.7A EP2405487B1 (en) 2009-03-04 2010-02-26 A photo-converting part of an electromagnetic radiation converter (variant embodiments), and an electromagnetic radiation converter
KR1020117023332A KR101685475B1 (ko) 2009-03-04 2010-02-26 전자기 방사 변환기의 광-변환부(상이한 실시예들), 및 전자기 방사 변환기

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009107568/28A RU2009107568A (ru) 2009-03-04 2009-03-04 Фотопреобразующая часть преобразователя электромагнитного излучения (варианты), преобразователь электромагнитного излучения
RU2009107568 2009-03-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010104414A1 true WO2010104414A1 (ru) 2010-09-16

Family

ID=42728542

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2010/000089 WO2010104414A1 (ru) 2009-03-04 2010-02-26 Фотопреобразующая часть преобразователя электромагнитного излучения (варианты), преобразователь электромагнитного излучения

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP2405487B1 (ru)
KR (1) KR101685475B1 (ru)
CN (1) CN102422433A (ru)
AU (1) AU2010221821A1 (ru)
RU (1) RU2009107568A (ru)
WO (1) WO2010104414A1 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2994982B1 (fr) * 2012-09-04 2016-01-08 Commissariat Energie Atomique Procede de fabrication d'une plaquette en silicium monolithique a multi-jonctions verticales.

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4227941A (en) * 1979-03-21 1980-10-14 Massachusetts Institute Of Technology Shallow-homojunction solar cells
US20030080280A1 (en) * 2001-10-31 2003-05-01 Takahiro Takimoto Light receiving element, light detector with built-in circuitry and optical pickup
WO2007145546A1 (en) 2006-06-08 2007-12-21 Bronya Tsoi Photoconverter
RU2006140882A (ru) 2006-11-21 2008-05-27 Брон Цой (RU) Преобразователь электромагнитного излучения
RU2007129517A (ru) * 2007-08-01 2009-02-10 Брон Цой (RU) Преобразователь электромагнитного излучения (варианты)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3936319A (en) * 1973-10-30 1976-02-03 General Electric Company Solar cell
US3994012A (en) * 1975-05-07 1976-11-23 The Regents Of The University Of Minnesota Photovoltaic semi-conductor devices
US4688068A (en) * 1983-07-08 1987-08-18 The United States Of America As Represented By The Department Of Energy Quantum well multijunction photovoltaic cell
US4631352A (en) * 1985-12-17 1986-12-23 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration High band gap II-VI and III-V tunneling junctions for silicon multijunction solar cells
AUPM996094A0 (en) * 1994-12-08 1995-01-05 Pacific Solar Pty Limited Multilayer solar cells with bypass diode protection

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4227941A (en) * 1979-03-21 1980-10-14 Massachusetts Institute Of Technology Shallow-homojunction solar cells
US20030080280A1 (en) * 2001-10-31 2003-05-01 Takahiro Takimoto Light receiving element, light detector with built-in circuitry and optical pickup
WO2007145546A1 (en) 2006-06-08 2007-12-21 Bronya Tsoi Photoconverter
RU2006120073A (ru) * 2006-06-08 2007-12-27 Брон Цой (RU) Преобразователь
RU2006140882A (ru) 2006-11-21 2008-05-27 Брон Цой (RU) Преобразователь электромагнитного излучения
RU2007129517A (ru) * 2007-08-01 2009-02-10 Брон Цой (RU) Преобразователь электромагнитного излучения (варианты)

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A.L.FAHRENBRUCH, R.H.BUBE: "Fundamentals of Solar Cells. Solar Energy Conversion", 1983, ACADEMIC PRESS, pages: 280
ALFEROV ZH.I., ANDREEV V.M., RUMYANTSEV V.D.: "Development Trends and Prospects of Solar Power Engineering", IISEMICONDUCTOR PHYSICS AND TECHNOLOGY, vol. 38, no. 8, 2004, pages 937 - 948
E.G. GUK ET AL.: "Characteristics of silicon multijunction solar cells with vertical p-n junctions", FTP, vol. 31, no. 7, 1997
KONSTANTINOV P.B., KONTSEVOY YU.A., MAKSIMOV YU.A.: "Silicon Solar Cells", 2005, MIREA PUBLISHERS, pages: 70
KRUTYAKOVA M.G. ET AL.: "Semiconductor devices and basis for their design, Moscow", 1983, RADIO I SVYAZ PUBLISHERS, pages: 352
MEITIN M., PHOTOVOLTAICS: MATERIALS, TECHNOLOGIES, PROSPECTS II ELECTRONICS: SCIENCE, TECHNOLOGY, BUSINESS, 2000, pages 40 - 46
ZI S.: "Semiconductor Physics in two volumes", vol. 2, 1984, MIR PUBLISHERS, pages: 456

Also Published As

Publication number Publication date
EP2405487A1 (en) 2012-01-11
KR101685475B1 (ko) 2016-12-13
AU2010221821A1 (en) 2011-10-27
RU2009107568A (ru) 2010-09-10
EP2405487A4 (en) 2017-08-02
KR20110139715A (ko) 2011-12-29
EP2405487B1 (en) 2020-12-02
CN102422433A (zh) 2012-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6059173B2 (ja) 太陽電池
US6239354B1 (en) Electrical isolation of component cells in monolithically interconnected modules
US9287431B2 (en) Superstrate sub-cell voltage-matched multijunction solar cells
KR101627217B1 (ko) 태양전지 및 그 제조방법
KR101052030B1 (ko) 전자기 방사 컨버터
KR101046219B1 (ko) 선택적 에미터를 갖는 태양전지
US20090173373A1 (en) Group III-Nitride Solar Cell with Graded Compositions
US20150200313A1 (en) Discontinuous emitter and base islands for back contact solar cells
US20150340528A1 (en) Monolithic tandem voltage-matched multijuntion solar cells
WO2009142529A1 (ru) Преобразователь электромагнитного излучения и батарея
JP2023086063A (ja) 太陽電池及び光起電力モジュール
KR101179365B1 (ko) 전후면전계 태양전지 및 그 제조방법
KR20120086593A (ko) 태양전지 및 그 제조방법
RU2331139C1 (ru) Фотоэлектрический преобразователь и способ его изготовления (варианты)
JP3368822B2 (ja) 太陽電池
WO2010104414A1 (ru) Фотопреобразующая часть преобразователя электромагнитного излучения (варианты), преобразователь электромагнитного излучения
JP2023033940A (ja) 太陽電池セルおよび太陽電池
RU92243U1 (ru) Полупроводниковый фотопреобразователь (варианты)
RU215917U1 (ru) Полупроводниковый фотоэлектрический преобразователь
RU2387048C1 (ru) Фотоэлектрический преобразователь
KR101544216B1 (ko) 태양 전지 및 그 제조방법
JP3368825B2 (ja) 太陽電池
RU2444087C2 (ru) Полупроводниковый фотоэлектрический преобразователь и способ его изготовления (варианты)
KR101261794B1 (ko) 전후면전계 태양전지 및 그 제조방법
KR101188985B1 (ko) 전후면전계 태양전지 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201080018500.8

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10751068

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20117023332

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010751068

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2010221821

Country of ref document: AU

Date of ref document: 20100226

Kind code of ref document: A