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专利检索-实施例专利权专利检索查询-专利查询网

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

阅读：354发布：2020-05-12

专利汇可以提供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专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及电磁辐射半导体转换器。根据第一方面，提出了一种电磁辐射转换器的光转换部分，包括彼此间形成深度递增的同质结序列的半导体层序列，所述序列包括多于一个异型结。根据第二方面，提出了一种电磁辐射转换器的光转换部分，包括彼此间形成深度递增的同质结序列的半导体层序列，所述序列包括多于一个异型结，其中导电类型相同的所述层中的至少一部分被并联地切换。还公开了一种电磁辐射转换器，包括至少M≥1个光转换部分和集流电极，其中M个光转换部分中的至少一个包括彼此间形成递增深度的同质结序列的切换半导体层序列，所述序列包括多于一个异型结。由此，解决了提供高效的宽频带电磁辐射转换器的问题，在大范围的EMR波和从IR到UV的强度下都具有高转换效率。，下面是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专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种电磁辐射转换器的光转换部分，所述部分包括彼此间形成同质结的层的序列，其中所述序列包括多于一个异型结。
2.一种电磁辐射转换器的光转换部分，所述部分包括彼此间形成同质结的层的序列，其中所述序列包括多于一个异型结，所述层中导电类型相同的至少一部分被并联地切换。
3.如权利要求2所述的光转换部分，其特征在于至少部分空穴型导电层被并联地切换。
4.如权利要求3所述的光转换部分，其特征在于全部空穴型导电层都被并联地切换。
5.如权利要求2-4中的任意一项所述的光转换部分，其特征在于至少部分电子型导电层被并联地切换。
6.如权利要求5所述的光转换部分，其特征在于全部电子型导电层都被并联地切换。
7.如权利要求2-6中的任意一项所述的光转换部分，其特征在于所述层中的至少一层具有断点。
8.一种电磁辐射转换器，包括至少M≥1个光转换部分、抗反射涂层和集流电极，其特征在于所述M个光转换部分中的至少一个包括彼此间形成同质结的层的序列，所述序列包括多于一个异型结，所述转换器的光转换部分中导电类型相同的至少Z≥0个所述层被并联地切换。
9.如权利要求8所述的转换器，其特征在于所述转换器包括设置在所述转换器正面上的一个上述类型的光转换部分。
10.如权利要求8或9所述的转换器，其特征在于所述转换器包括设置在其背面上的一个上述类型的光转换部分。
11.如权利要求8所述的转换器，其特征在于所述转换器至少在其一个侧面上包括几个彼此隔离的光转换部分，这些部分中至少有一个具有上述类型的多层结构。
12.如权利要求11所述的转换器，其特征在于所述几个隔离的光转换部分被设置在所述转换器的正面上。
13.如权利要求11或12所述的转换器，其特征在于所述几个隔离的光转换部分被设置在所述转换器的背面上。
14.如权利要求12所述的转换器，其特征在于全部所述隔离的光转换部分都具有上述类型的多层结构。
15.如权利要求13所述的转换器，其特征在于全部所述隔离的光转换部分都具有上述类型的多层结构。

说明书全文

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

技术领域

[0001] 本发明涉及电磁辐射(EMR)半导体转换器，用于将入射辐射直接转换为光学可见和不可见(IR、UV)波段以及较短波段内的电动势(EMF)，并且还涉及用于改变在其上形成有所述半导体转换器的半导体基板的方法。

背景技术

[0002] 基于半导体材料的包括异质n+pp+型(p+np+型)二极管装置的常规光电转换器(PEC)的频谱选择性在长波范围内会受到p(n)基区内半导体禁带宽度(FBW)和少数载流子+ +扩散长度不足的限制，并且在短波范围内会受到光转换表面处以及固体n(p)近表面层体内的复合损耗的限制。

[0003] 现有技术中PEC效率的提高和频谱选择性的增强是在级联转换器中使用多层异质结构实现的。(Alferov Zh.I、Andreev V.M.、Rumyantsev V.D./Development Trends and Prospects of Solar Power Engineering.//Semiconductor Physics and Technology、2004、第38卷、第8期、937-948页；Meitin M./Photovoltaics：Materials、Technologies、Prospects//Electronics：Science、Technology、Business、2000、第 6 期、40-46 页；
Konstantinov P.B.、Kontsevoy Yu.A.、Maksimov Yu.A.、Silicon Solar Cells、莫斯科、MIREA Publishers、2005、70页)。这样的转换器需要入射辐射的完整频谱以调整每一层的导电率，并且尽管逐层间的转换系数很低，但是仍然非常昂贵。

[0004] 为了将入射辐射的可转换频谱扩展到短波区域内，本申请发明人先前已提出了一种具有开出无掺杂光学窗口的离散式转换器装置，其中组合了转换器的高二极管性质和光学性质(PCT/RU2007/000301，优先权日为2006年6月8日)。这样的装置与“紫色”设计方案相比在UV波段具有更高的选择性并且与常规设计方案相比在整个可转换波段具有更高的转换系数。

[0005] 为了减小转换器的光转换部分内非平衡电荷载流子的表面复合，本申请发明人先前已提出了利用一个或多个同质结、偏转电极、嵌入抗反射涂层绝缘材料内的电荷及其组合构成的场系统。通过提高非平衡电荷载流子(NeCC)的浓度梯度从而建立方向朝向pn结的横向梯度，通过利用本申请发明人在先前的发明中公开的微透镜和其他技术(例如参见Budishevsky Yu.D.、Tsoy B.等人的RU 2006140882、优先权日为2006年11月21日，2008年5月27日的IB第15期、以及相同发明人在2007年12月21日公开为WO 2007/145546的先前发明)而集中在体块内的入射辐射，即可实现长波区域内的高转换系数。

[0006] 具有垂直延伸(平行于入射辐射流)的pn结的垂直多结转换器结构及其生产方+ +法都是已知的，其中由多个单独的常规npp 型单结太阳能电池(板)构成堆叠(参见以下的说明)。所述堆叠内的板通过焊接或扩散焊接彼此连接。堆叠被垂直于结平面切分为单个的VMJ转换器，其正面被抛光并涂有钝化层和抗反射层。

[0007] 因此，VMJ转换器是通过机械串联单结二极管而构成的，从而表现出电流元件的串联型连接特性：输出电压等于由每一个PEC生成的电压之和，并且输出电流由构成堆叠的任一PEC生成的最小电流确定。VMJ转换器的串联电阻等于构成堆叠的PEC的电阻之和。经过准确的PEC选择，堆叠的特征在于FF≈0.8的高填充因数值，在理论上指示获得转换器低串联电阻的可能性。

[0008] 这种结构的收集因子并不取决于在λ＝340-1080nm范围内的入射辐射波长。UV区域内的高度载流子收集是通过在轻掺杂基区内而不是在重掺杂发射极内吸收UV辐射实现的。IR区域内的少数电荷载流子高度收集是由于电荷载流子的高基
区寿命 (A.L.Fahrenbruch、R.H.Bube、Fundamentals of Solar Cells.Solar Energy Conversion(Academic Press、N.Y.、1983)、280 页 //E.G.Guk 等、Characteristics of silicon multijunction solar cells with vertical p-n junctions、FTP、1997、第31卷、第7期)。

[0009] VMJ转换器内可行的元件布局使得能够部分切换与pn结的并联和串联连接。VMJ转换器的缺点是与其低太阳能转换效率(约11％)不相符的高生产成本。因此，VMJ转换器尚未得到广泛应用。

[0010] 与本发明最接近的现有技术是由本申请发明人先前提出的一种平面多层多结++ + +转换器，由形成在公共p基体内的离散局部化的n pnp......结构构成(参见PCT/RU
2008/000490，优先权日为2007年8月1日)。这种转换器的局限性在于与切换每一块电池内的各层相关联以及将电池组合为并联电路的处理复杂性，需要采用一定的光刻步骤顺序。

发明内容

[0011] 鉴于现有技术的解决方案中所固有的上述局限性，本发明的目标是提供高效的宽频带EMR转换器，在大范围的EMR波和从IR到UV及更低的强度下都具有高转换效率。

[0012] 根据本发明的第一方面，所述目标在电磁辐射转换器的光转换部分内实现，光转换部分包括彼此间形成同质结的层序列，所述序列包括多于一个的异型结。

[0013] 在下文中，术语“光转换部分”应被理解为电磁辐射转换器的一部分，其中响应于作用在转换器上的EMR而生成的电荷被促使分离。对具有递增深度的结(同质结)序列所做的说明是指结沿着从光转换部分表面开始的方向被依次设置在光转换部分的一定深度内，以使k个结(k＞1)形成的序列的深度Xj1、Xj2、Xj3、Xj4、...、Xjk根据式Xj1＜Xj2＜Xj3＜Xj4＜...＜Xjk而彼此关联，其中Xj1是给定序列中的最外侧结。如本文中以下关于转换器的光转换部分所用的术语“包括[半导体层的序列]”应该是指除了所述序列以外，光转换部分还可以具有其他元件，特别是其他的层。术语“半导体层”应被理解为具有电子型(n型)、空穴型(p型)或本征型(i型)导电性的半导体材料层。

[0014] 而且，正如相关领域中常用的那样，术语“同质结”(homogeneous junction)应被理解为在由相同半导体材料构成的区域之间的界面处具有不同导电性的结。相应地，术语“异质结”(hterogeneous junctions)应被理解为在由不同的半导体材料构成的区域之间的结。术语“异型结”(anisotype)应被理解为在具有不同导电类型的区域(层)之间的界面处形成的结，而术语“同型结”应被理解为在具有相同导电类型的区域(层)之间的界面处形成的结。

[0015] 根据本发明的第二方面，所述目标在电磁辐射转换器的光转换部分内实现，光转换部分包括彼此间形成同质结的层的序列，所述序列包括多于一个异型结，并且具有相同导电类型的所述层中的至少一部分被切换。

[0016] 如本文中所用，术语“层切换”应被理解为利用附加的半导体或导体元件将各层彼此连接。术语“并联切换”应被理解为互连的各层构成并联电路。相应地，术语“串联切换”应被理解为互连的各层构成串联电路。

[0017] 同时，在不同的具体实施例中，空穴型导电层中的至少一部分或者全部可以被串联切换和/或电子型导电层中的至少一部分或者全部可以被串联切换。

[0018] 在另一个具体实施例中，所述层中的至少一层可以被设有断点。对于本发明的目的来说，术语“断点”应被理解为导致某层的均匀性和/或连续性被打乱的任何层中断和/或至少部分层材料的移除，其中断点部分不同于层中没有断点的部分。

[0019] 根据本发明的另一方面，其目标在包括至少M≥1个光转换部分、抗反射涂层和集流电极的电磁辐射转换器中实现，其特征在于它的M个光转换部分中的至少一个包括彼此间形成同质结的层的序列，所述序列包括多于一个异型结，并且所述转换器光转换部分中的至少Z≥0个导电类型相同的所述层被并联切换。

[0020] 同时，在不同的具体实施例中，转换器可以包括设置在其正面的一个上述类型的光转换部分和/或设置在其背面的一个上述类型的光转换部分(单侧或双侧的整体式转换器)。

[0021] 在其他的实施例中，转换器可以至少在其一个侧面上包括几个彼此隔离的光转换部分，其中所述部分中至少有一个具有上述类型的多层结构。所述几个隔离的光转换部分可以被设置在转换器正面和/或背面(单侧或双侧的离散式转换器)。同时，(在正面和/或背面上的)转换器光转换部分中的几个或全部可以根据上述光转换部分上述具体实施例中的任何一个所述的内容进行设置。换句话说，即使根据本发明具有多层结构，光转换部分仍然不必在同一侧面上(例如在离散式转换器的情况下)相对于彼此被形成为相同的，也不必相对于设置在另一侧面上(在整体式或离散式双侧转换器的情况下)的一个或多个光转换部分被形成为相同的。

[0022] 术语和缩写的定义

[0023] EMR是指能够在转换器内形成非平衡载流子的电磁辐射。EMR由电磁波长为0.005-1000μm的所谓“光辐射”或“光频带”定义，其特征在于利用光学系统的装置也就是透镜、镜等有效形成的辐射通量(Krutyakova M.G.等、Semiconductor devices and basis for their design、莫斯科、Radio i Svyaz Publishers、1983、352页)。

[0024] 基板是指由任意合适材料制成的板，其上(其中)形成有转换器元件。作为示例，以下不失一般性地介绍p型导电性的硅基板。

[0025] 转换器的正面(FS)是指直接暴露给EMR的侧面。

[0026] 转换器的背面(RS)(或阴暗面)是指与正面相对的侧面。

[0027] 转换器的基区是指在其中吸收EMR而不会分离电荷的转换器部分。

[0028] 转换器的发射极E是指相对于基区在其中积聚少量电荷载流子的转换器元件。附图说明

[0029] 参照附图，根据本发明的具体实施例对其进行进一步的介绍，在附图中：

[0030] 图1示出了现有技术中已知的常规水平硅单结转换器；

[0031] 图2示出了根据本发明的可行具体实施例的水平转换器中的多层多结光转换部分的结构(μ-PEC)；

[0032] 图3示出了根据本发明的具有一个多层多结光转换部分的单侧转换器的结构图(μ-PEC)；

[0033] 图4部分地示出了图3所示转换器中的光转换部分的结构；

[0034] 图5示出了根据本发明的具体实施例的平面离散式转换器的结构图；

[0035] 图6示出了根据本发明的具体实施例的双侧转换器的结构图。

[0036] 附图中所用的附图标记概述如下：

[0037] 1-第一导电类型转换器(所述实施例中为p型导电)的半导体基区；

[0038] 1-1、1-2、...、1-p-导电类型与基区相同的p型层序列；

[0039] 2-形成在基区内并且具有与基区导电类型相反的第二导电类型(n型)的发射极；

[0040] 2s-近表面重掺杂的底接触发射极层；

[0041] 2i-具有2j同型势垒的近表面重掺杂的发射极层；

[0042] 2-1、2-2、...、2-n-导电类型与发射极2相同的n型层序列；

[0043] 3-1、3-2、...、3-k-由层1-1、2-1、1-2、2-2、...、1-p、2-n构成的同质pn结序列；k＝p+n；

[0044] 3-正面发射极基区结；

[0045] 4-背面的导电类型与基区相同的背面重掺杂层；

[0046] 5-同型背面结(势垒)；

[0047] 6-抗反射涂层；

[0048] 7-接触窗口；

[0049] 8-正面金属化(一个或多个正面集流电极)；

[0050] 9-背面金属化(一个或多个背面集流电极)；

[0051] 10-入射辐射；

[0052] 11-e-电子电流路径；

[0053] 11-h-空穴电流路径；

[0054] 13-导电类型与基区相同的正面埋置的重掺杂元件；

[0055] 14-导电类型与基区相同的正面重掺杂层；

[0056] 15-与基区类型相同的正面结(势垒)；

[0057] 16-导电类型与基区相同的背面埋置的重掺杂偏转元件；

[0058] 17-与发射极类型相同的连接层2-1、2-2、...、2-n的正面层；

[0059] 18-与层2-1、2-2、...、2-n的同型正面结(势垒)；

[0060] 19-正面pn结。

具体实施方式

[0061] 为了更好地理解本发明，将首先讨论现有技术中已知的常规水平硅同质转换器的+ + + +例子，具有具备连续n 发射极层的npp 结构(图1)。现有技术中的转换器具有np结，其深度为Xj、宽度为W的空间电荷区域，以及特征扩散长度为Lpn、Lnp的少数电荷载流子。图
1还分别示出了(a)光生电子和空穴的电流路径e和h，和(b)施主杂质和受主杂质的期望掺杂分布Nd和Na。

[0062] 已知在吸收了具有预定波长λ的光之后生成的总光电流J(λ)等于分别在发射极2、基区1和结3的区域内生成的光电流Jp(λ)、Jn(λ)和Jj(λ)之和：

[0063] J(λ)＝Jp(λ)+Jn(λ)+Jj(λ) (1)

[0064] 频谱响应为：

[0065] S(λ)＝J(λ)/qG(λ) (2)

[0066] 其中q是电子电荷，并且G(λ)～e-áx是电子-空穴对的生成速率和与表面的距离x＝0之间的关系式，由通常用于每一种半导体的吸收系数á(λ)定义。

[0067] 硅中的关系式á(x)是使具有的波长λ＜0.8μm(E＞1.55eV)的量子被吸收到转换器中相当狭窄的近表面区域内，延伸到基区内的深度小于10μm。

[0068] “紫外线”硅太阳能电池(标准转换器，具有薄的轻掺杂发射极，在短波频谱范围内具有高频谱响应)在短波子频谱内的频谱响应是E＞25eV(λ＜0.5μm)，也就是说与常规4
电池相比高出1.5-3倍。其频谱响应形状接近于低表面复合率Sp≈10cm/s下的理论形状。在光子能量值高于3.5eV(λ＜0.35μm)时，频谱响应完全由正面层确定。在埋置和
5
高掺杂的发射极层具有较小扩散长度的常规电池中，短波范围内的频谱响应在Sp≈10 ～
6
10cm/s时接近于理论值(参见Zi S.、两卷Semiconductor Physics中的第2卷、莫斯科、Mir Publishers、1984、456页、第14章)。在其他条件都相同时，由发射极层构成的基区内收集的空穴比由取决于发射极掺杂分布图的扩散长度Lpn确定。由发射极在近表面层Xj-Lpn内吸收的部分光子由于非平衡载流子在该层的重掺杂近表面区域2s内寿命极短而复合。该层的掺杂水平Ns越高并且pn结的深度Xj越深，短波频谱范围内的频谱响应就越小。

[0069] 从发射极区域内的基区中收集的电子比由硅的大约为150-250μm的电子扩散长度Lnp确定。通常，基区厚度Hb应根据条件Hb≤Lnp以及对板机械强度的要求而选择并且为180-280μm。尽管该频谱带内的光子通量比明显较高，但是基区转换器对频谱选择性的贡献在λ≈0.85-1.1μm(E＞1，1eV)的范围内快速下降。这不仅是由于吸收系数在该范围内大大减小，而且也是由于在常规硅PEC最窄的最大频谱选择性右侧的波段内极低的转换系数(λ≈0.85μm)而导致的。“紫外线”PEC的最大频谱选择性较宽并且对应于E≈2.0-3.0eV(λ≈0.4-0.6μm)的入射光子范围。在0.9能级处的频谱响应通常在较宽的能量范围E≈1.3-3.3eV(λ≈0.96-0.36μm)被观测用于硅的“紫外线”和常规PEC。其能量在该范围内的光子在表面附近被吸收，也就是说仅有效使用了0.1-40μm宽的狭窄转换器频带。

[0070] pn结空间电荷区域(SCR)内的场很强以至于光生电子和空穴早在实现彼此试图复合之前就已在耗尽层内完成。因此，单位频谱范围内的耗尽层光电流就等于该层内在单位时间内吸收的光子数量。尽管SCR的宽度W相对于基区厚度Hb是可忽略地小，但无论PEC种类是“紫外线”还是常规型，有助于频谱响应的pn结都可高达20％。

[0071] 与现有技术中的解决方案相比，根据本发明提出了在转换器的光转换部分内包括由相同半导体材料(例如硅、砷化镓、锗等)构成的层序列以构成同质结序列，如图2中所示。这种情况下异型结的数量应该多于一个。在图示的示例中，光转换部分包括的层序列c-1、c-2、c-3、c-4、...、c-k分别具有厚度H1、H2、H3、H4、...、Hk并且构成k个水平的同质结Xj1、Xj2、Xj3、Xj4、...、Xjk，具有宽度为W1、W2、W3、W4、...、Wk的空间电荷区域，特征扩散长度为Lp1、Ln2、...、Lnp的少数电荷载流子以及光生电子和空穴的电流路径e和h。

[0072] 在图示的示例中，各层的期望掺杂分布图取决于它们如何形成，也就是通过扩散、离子注入和退火、外延生长等或其组合形成。各层的期望掺杂水平不具有根本的重要性并且由用于提供指定层与邻层相结合的最大频谱响应的条件确定。在第一层c-1低掺杂水平的情况下，接触区域可以被次掺杂(层2s)用于提供欧姆接触。为了降低第一层c-1的表面复合率，可以在其表面上补充有同型层2i构成同型势垒2j以避免NeCCs形成较少掺杂的区域。第一层c-1的导电类型相对于基区1的导电类型不具有根本的重要性，并且在匹配基区和该层的导电类型的情况下，(同质或异质的)肖克利二极管可以被形成在其表面上或所需方向的局部肖特基二极管上或二极管组合上。

[0073] 优选地，每一层的厚度H1、H2、H3、H4、...、Hk与该层内少数电荷载流子的特征扩散长度Lp1、Ln2、Lp3、Ln4...、Lpk相称，并且适当考虑改变曝光时的寿命改变(入射辐射通量的强度、温度、辐射等)，它可以比特征扩散长度(在标准条件下确定的NeCC特征扩散长度对应于相应层中NeCC扩散长度的初始值LpnиLpn)更大或更小。转换器的正面(光接收面)可以有纹理并且还可以具有例如形式为具有金属化栅格的透明导电膜(ITO等)的抗反射涂层。转换器d的无触点正面可以用电介质被钝化，电介质也可用作抗反射涂层。电介质可以是电荷中性的或者可以具有正或负的集成电荷用于根据第一层c-1的导电类型降低表面复合率。金属化栅格可以通过任何已知的方法形成。

[0074] 图3示出了根据本发明的包括具有一个上述结构的光转换部分的单侧转换器的示范性实施例。在该示例中，单个导电类型的层2-1、2-2、...、2-n通过相同导电类型的埋置连接元件2被切换为并联电路(并联电流组)，其中埋置连接元件2例如可以通过扩散形成。因此，埋置元件2被连接至转换器光转换部分中全部或部分的相同导电类型的层(由此实现并联切换)，并与另一种导电类型的层1-1、1-2、...、1-p构成pn结。这种情况下，另一种导电类型的层1-1、1-2、...、1-p也可以通过类似的相同导电类型的(例如也是由扩散形成的)埋置连接元件13被切换为并联电流组。通常，埋置元件2和13可以具有适合用于解决现有问题的任意形状。还应该注意到在其他的实施例中，光转换部分各层的并联切换不仅可以利用深埋到光转换部分内的连接元件2和13实现，而且也可以利用其他方法实现。具体地，除了水平长度以外，在各层还具有垂直和曲线长度以使各层暴露在光转换部分的表面时，并联切换可以通过与要切换的各层导电类型相同的半导体元件实现或者通过设置在光转换部分表面处的导体元件实现(以下参照图6中示出的具体实施例给出了这样的示例)。

[0075] 可以提供这样的实施例，其中仅组合了单个导电类型的层组中的一组：或者是利用相同导电类型的埋置元件2仅组合n型层，或者是利用相同导电类型的埋置元件13仅组合p型层。与此同时，单个导电类型的层中只有一部分可以被切换为并联，而相同导电类型的其余层则不被耦合(同型或异型，也就是组合切换)。这在并联切换只有一种导电类型的层的情况下以及在图3中所示并联切换两种导电类型的层的示例中都成立。

[0076] 如图2和图3所示，作为本发明的光转换部分内层序列中的最后(最深)一层并且与先前层构成同质结的同质层，其可以与转换器基区构成结。这种情况下，所述结可以包括同型结和异型结、同质结和异质结。另外，与先前层构成同质结的所述最后一层可以与构成转换器而不是基区的附加深层邻接。在此情况下，一个或多个异质结可以被明显地形成在最后一层和与其相邻的一层或多层附加层之间(原因是在同质结的情况下，该附加层也可以是所述同质层序列的一部分)。

[0077] 还可以注意到根据本发明的异质结不仅可以沿着构成同质结的层序列中的最后(最深)一层的边界形成，而且也可以沿着该序列中的其他边界形成(例如，沿着深度最浅的第一层的边界或者沿着构成序列的各层的侧边，例如，如果图4中的元件2和13被不同半导体材料的半导体元件代替的话)。

[0078] 光转换部分中彼此间构成同质结的各层1-1、1-2、...、1-p以及2-1、2-2、...、2-n可以在俯视图和/或在某些转换器分段中设有断点。与此同时，断点不仅可以如图3中所示通过设置埋置的连接元件获得，而且也可以例如通过在转换器的光转换部分的光接收表面上设置“窗口”获得，该“窗口”可以包括基区1的多个部分，这些部分在生成光转换部分时未被掺杂，或者由于光接收表面的部分蚀刻而暴露。但是，“窗口”的形状、尺寸和数量(可以设置一个或多个这样的“窗口”)可以由本领域技术人员在每一种特定情况下根据要解决的问题进行选择。与此同时，这样的断点(“窗口”)可能不会导致使得单个光转换部分断裂为若干区段，也就是形成以下介绍的离散式转换器(但是，其中的任意光转换部分也都可以在其各层内设有断点)。所述断点在根据本发明的整体式转换器的情况下构成“栅格”层(如果一层的连续性被破坏的话)或构成设有断点的若干连续层的组合的“栅格”结构。

[0079] 提出的转换器的工作原理以及技术效果的实现

[0080] 从各层c-1、c-2、c-3、c-4、...、c-k的准中性区域中生成的光电流Jp(λ)和Jn(λ)由穿过层厚度的光子分布、各层内的有效扩散长度以及少数电荷载流子在耗尽区域边缘的浓度梯度决定。如图2、3和4中所示，由于序列包括多于一个异型结并且除了第一层c-1和基区之外的每一层都由两侧的pn结确定，因此在其中会出现双向的浓度梯度，发生电荷分离以使少数载流子涌入邻接层内以变成多数载流子，用于通过重掺杂的公共元件2和13输出至外部电路。

[0081] 空间电荷区域(SCR)W1、W2、W3、W4、...、Wk内生成的电子-空穴对通过pn结中的场被分离到各层的相邻的准中性区域内。空间电荷区域自身是弯曲形状以使光通量10必须重复性地穿过SCR。

[0082] 沿水平方向，各层1-1、1-2、...、1-p中的每一层都与连接元件2构成二极管的+ + + +npp 结构，并且各层2-1、2-2、...、2-n中的每一层都与连接元件13构成二极管的pnn 结+ +
构，正如图3和图4中所示。已经形成的异型的pnиnp结建立了横向浓度梯度并且使得能够在元件2和13附近从与其相邻的相反导电类型的层中收集少数电荷载流子。同型的+ +
nn 和pp 结使电子能够下沉(线路11-e)至发射极区域2并且使空穴能够通过层13下沉(线路11-h)至基区1。因此，如果垂直地看，这样的结构包括并联连接的发生器序列。上述多层(多层或多个元件)的光电转换器被发明人简称为μ-PEC。

[0083] 由于这样的结构不需要NeCC在各层中有大的扩散长度并且包括其中无损耗地发生电荷分离的k＞1个结，因此其中的收集因子在大范围的吸收辐射中都趋近于一。从发生区域逐层进行电荷载流子的生成、分离和输出的事实使得可以使用具有低掺杂水平的层：与图1中所示的结构相对比，在图2提出的结构中的内部串联片电阻被进一步分散在各层之间。

[0084] 由长波频谱部分在基区1内生成的非平衡电子通过发射极2被分离。由于发射极被形成为局部区域，因此其掺杂水平、深度和结构可以具有任意值。具体地，它可以通过蚀刻和随后的掺杂被埋置到板的机械强度所允许的尽可能深的深度。发射极的金属化在此情况下基本被设置在其横向表面上，也就是通过接触栅格形成埋置的垂直总线。

[0085] 各发射极连接元件2之间的距离以及它们的宽度可以具有从标准太阳能电池设计允许的标准值到与基区内特征性扩散长度相称的数值之间变化的任意值。

[0086] 转换器的背面也可以被形成为与其正面相类似。任何现有技术中的结构形式均可应用于背面。

[0087] 图5示出了离散式平面μ-PEC的一个示范性实施例，形成在半导体基板上并且设有多个隔离的光转换部分，这些部分中的每一个或者一部分是根据本发明先前所述各方面的多层或多结。具体地，这样的转换器包括一组光转换部分，这些部分中的一个或多个包括由相同半导体材料制成的半导体层序列以形成深度递增的同质结序列(也就是从光转换部分的表面向其深度内连续设置)。所述光转换部分可以如前所述被形成，并且单个类型的层(也就是具有相同的导电类型)可以被并联切换、串联切换或者通过组合方法切换。

[0088] 并联切换的层在一个光转换部分内被组合为阴极K(负电荷)和/或阳极A(正电荷)电流组。各层2-1、2-2、...、2-n之间的阴极电流组K通过其公共的埋置发射极连接元件2构成。其导电性与基区1类型相同的各层1-1、1-2、...、1-p通过与基区构成同型结15的连接元件14被并联连接到阳极电流组A内。光转换部分可以具有层的不同的深度、宽度、长度和任意截面结构。作为备选，光转换部分可以被局部化为小的几何尺寸并且可以增加其在转换器表面的数量。

[0089] 提出的离散式转换器的结构可以补充有设置在基区1内的元件13，以形成避免电荷复合的内置偏转场。

[0090] 在离散式布置中，具有超出禁带宽度的光子能量的长波频谱范围内的频谱响应由基区内少数电荷载流子的扩散长度Ln限制。通常，基区厚度Hb被选择为小于Ln。如果寿命短，那么基区部分Hb-HL的使用效率就低。

[0091] 为了提高来自基区深度的载流子收集的效率而不延长基区寿命，发射极连接元件2的深度可以通过延长扩散时间和建立局部蚀刻的发射极而增加。为此，发射极元件2的各区域首先如图4所示在硅结构内被蚀刻，然后发射极被掺杂和金属化。蚀刻深度仅受基板的机械强度所限制。用这种方式即可构成体束型多元件πμ-PEC。

[0092] 作为备选，图5中所示的离散式转换器的正面结构可以通过各种技术修改。例如，如果在其中一个光转换部分中构成同质结的所述序列中数目顺序上的第一层(最接近表面的层)具有与基区相同的导电类型(也就是例如p型导电)，并且在另一个光转换部分中数目顺序上的第一层具有与基区不同的导电类型(也就是n型导电)，那么可以通过如下的方式形成单侧的双极变换器：通过使用公共的p型元件14(与p型基区1构成同型结15)将p型导电的各层1-1、1-2、...彼此并联切换以及与基区并联切换、通过使用公共的n型元件17(与基区1构成pn结19)切换n型导电的各层2-1、2-2、2-3...。与此同时，类似的结构(或其中的一部分)也可以被形成在双侧转换器中得到的转换器背面。图6中示出了这种装置的一个示例。

[0093] 邻接第一组光电转换部分并且彼此并联连接的集流电极8-1将具有正极性。彼此并联连接的电极8-2将具有负极性。

[0094] 设置在多极双侧离散式转换器背面上的电极9-1и9-2可以类似地被连接至正面的电极。考虑基区内的NeCC有效扩散长度而选择元件组的相互设置。

[0095] 最后，应该注意提供上述示例仅仅是为了更好地理解本发明而不应被认为是对法律保护范围的限制，该法律保护范围应该由所附权利要求得到并且只能根据所附权利要求确定。

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