МНОГОПЕРЕХОДНЫЕ ФОТОГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ Российский патент 2013 года по МПК H01L31/52 

Текст описания приведен в факсимильном виде.

Предложено фотогальваническое устройство, содержащее первый активный слой, выполненный с возможностью выработки электрического сигнала в результате поглощения света с первой длиной волны первым активным слоем, второй активный слой, выполненный с возможностью выработки электрического сигнала в результате поглощения света со второй длиной волны вторым активным слоем, первый оптический фильтр, расположенный между первым и вторым активными слоями и выполненный с возможностью отражения большего количества света с первой длиной волны, чем света со второй длиной волны, и пропускания большего количества света со второй длиной волны, чем света с первой длиной волны, и первый оптический резонатор, вызывающий возрастание количества света с первой длиной волны, поглощаемого первым активным слоем, причем первый и второй активные слои включены в совокупность активных слоев, содержащую по меньшей мере три активных слоя, имеющие запрещенные зоны, при этом запрещенные зоны указанной совокупности активных слоев расположены на протяжении по меньшей мере примерно 1000 нм в длинах волн между примерно 450 нм и примерно 1750 нм. Также предложен еще один вариант фотогальванического устройства и способ изготовления фотогальванического устройства. Изобретение обеспечивает повышение эффективности. 3 н. и 44 з.п. ф-лы, 37 ил.

1. Фотогальваническое устройство, содержащее первый активный слой, выполненный с возможностью выработки электрического сигнала в результате поглощения света с первой длиной волны первым активным слоем, второй активный слой, выполненный с возможностью выработки электрического сигнала в результате поглощения света со второй длиной волны вторым активным слоем, первый оптический фильтр, расположенный между первым и вторым активными слоями и выполненный с возможностью отражения большего количества света с первой длиной волны, чем света со второй длиной волны, и пропускания большего количества света со второй длиной волны, чем света с первой длиной волны, и первый оптический резонатор, вызывающий возрастание количества света с первой длиной волны, поглощаемого первым активным слоем, причем первый и второй активные слои включены в совокупность активных слоев, содержащую по меньшей мере три активных слоя, имеющие запрещенные зоны, при этом запрещенные зоны указанной совокупности активных слоев расположены на протяжении по меньшей мере примерно 1000 нм в длинах волн между примерно 450 нм и примерно 1750 нм.

2. Фотогальваническое устройство по п.1, в котором первая длина волны короче второй длины волны.

3. Фотогальваническое устройство по п.1, в котором по меньшей мере один из активных слоев содержит полупроводниковый материал.

4. Фотогальваническое устройство по п.3, в котором по меньшей мере один активный слой содержит P-N переход или P-I-N переход.

5. Фотогальваническое устройство по п.1, в котором по меньшей мере один из активных слоев содержит кремний, германий, теллурид кадмия, диселенид меди и индия, диселенид меди-индия-галлия, светопоглощающие красящие вещества, светопоглощающие полимеры, полимеры с внедренными светопоглощающими наночастицами, или полупроводниковые материалы элементов III-V групп.

6. Фотогальваническое устройство по п.1, дополнительно содержащее третий активный слой, выполненный с возможностью выработки электрического сигнала в результате поглощения света с третьей длиной волны третьим активным слоем.

7. Фотогальваническое устройство по п.6, в котором первая длина волны короче второй длины волны, а вторая длина волны короче третьей длины волны.

8. Фотогальваническое устройство по п.7, дополнительно содержащее второй оптический фильтр, расположенный между вторым и третьим активными слоями и выполненный с возможностью отражения большего количества света со второй длиной волны, чем света с третьей длиной волны, и пропускания большего количества света с третьей длиной волны, чем света со второй длиной волны.

9. Фотогальваническое устройство по п.1, в котором указанная совокупность активных слоев содержит по меньшей мере 5 активных слоев.

10. Фотогальваническое устройство по п.9, в котором указанная совокупность активных слоев содержит по меньшей мере 8 активных слоев.

11. Фотогальваническое устройство по п.10, в котором указанная совокупность активных слоев содержит по меньшей мере 12 активных слоев.

12. Фотогальваническое устройство по п.1, в котором ширины запрещенных зон указанной совокупности активных слоев возрастают от одного активного слоя к следующему.

13. Фотогальваническое устройство по п.12, в котором ширины запрещенных зон указанной совокупности активных слоев возрастает с увеличением длины волны на менее чем примерно 200 нм.

14. Фотогальваническое устройство по п.13, в котором ширины запрещенных зон указанной совокупности активных слоев возрастает с увеличением длины волны на менее чем примерно 100 нм.

15. Фотогальваническое устройство по п.14, в котором ширины запрещенных зон указанной совокупности активных слоев возрастает с увеличением длины волны на менее чем примерно 50 нм.

16. Фотогальваническое устройство по п.1, в котором указанная совокупность активных слоев содержит по меньшей мере три легированных активных слоев, содержащих сплавленные вместе первый и второй материалы, ширина запрещенных зон которых различна.

17. Фотогальваническое устройство по п.16, в котором указанные по меньшей мере три легированные активные слоя представляют собой по меньшей мере 6 легированных активных слоев, содержащих указанные сплавленные вместе первый и второй материалы.

18. Фотогальваническое устройство по п.17, в котором указанные по меньшей мере три легированные активные слоя содержат представляют собой по меньшей мере 10 легированных активных слоев, содержащих указанные сплавленные вместе первый и второй материалы.

19. Фотогальваническое устройство по п.16, в котором указанные по меньшей мере три легированные активные слоя имеют различные соотношения первого и второго материалов.

20. Фотогальваническое устройство по п.19, в котором указанные по меньшей мере три легированные активные слоя расположены в таком порядке, что от одного легированного активного слоя к другому концентрация первого материала постепенно уменьшается, а концентрация второго материала постепенно возрастает.

21. Фотогальваническое устройство по п.16, в котором первый материал содержит кремний, а второй материал содержит германий.

22. Фотогальваническое устройство по п.1, в котором первый оптический фильтр содержит интерференционный светофильтр.

23. Фотогальваническое устройство по п.22, в котором первый оптический фильтр содержит от примерно 2 до примерно 100 тонкопленочных слоев.

24. Фотогальваническое устройство по п.23, в котором первый оптический фильтр содержит четвертьволновую стопу.

25. Фотогальваническое устройство по п.1, дополнительно содержащее оптически прозрачный электрод, электрически связанный с первым активным слоем.

26. Фотогальваническое устройство по п.1, дополнительно содержащее отражающий слой, расположенный под первым и вторым активными слоями таким образом, чтобы отражать свет, проходящий через первый и второй активные слои и первый оптический фильтр.

27. Фотогальваническое устройство по п.1, в котором первый оптический резонатор расположен между первым активным слоем и первым оптическим фильтром.

28. Фотогальваническое устройство по п.27, в котором наличие первого оптического резонатора вызывает возрастание средней напряженности поля света с первой длиной волны в первом активном слое.

29. Фотогальваническое устройство по п.27, имеющее общую эффективность поглощения для длин волн в солнечном спектре, причем наличие первого оптического резонатора вызывает возрастание указанной эффективности поглощения, интегрированной по длинам волн в солнечном спектре.

30. Фотогальваническое устройство по п.27, в котором наличие первого оптического резонатора вызывает увеличение поглощенной мощности оптического излучения, проинтегрированной по солнечному спектру, большее для первого активного слоя, чем увеличение поглощенной мощности оптического излучения, проинтегрированной по солнечному спектру, для любых других слоев фотогальванического устройства.

31. Фотогальваническое устройство по п.27, в котором первый оптический резонатор содержит диэлектрик.

32. Фотогальваническое устройство по п.27, в котором первый оптический резонатор содержит непроводящий оксид.

33. Фотогальваническое устройство по п.27, в котором первый оптический резонатор содержит воздушный промежуток.

34. Фотогальваническое устройство по п.27, в котором толщина первого оптического резонатора оптимизирована для увеличения поглощения света в первом активном слое.

35. Фотогальваническое устройство по п.34, в котором толщина по меньшей мере одного из первого и второго активных слоев оптимизирована для увеличения поглощения света в первом или втором активных слоях.

36. Фотогальваническое устройство по п.34, в котором толщины первого оптического резонатора и первого и второго активных слоев оптимизированы для увеличения поглощения света в первом и втором активных слоях.

37. Фотогальваническое устройство по п.1, в котором толщина первого оптического фильтра оптимизирована для увеличения поглощения света в первом активном слое.

38. Фотогальваническое устройство по п.8, дополнительно содержащее второй оптический резонатор между вторым активным слоем и вторым оптическим фильтром.

39. Фотогальваническое устройство по п.38, в котором наличие второго оптического резонатора вызывает увеличение количества света со второй длиной волны, поглощаемого вторым активным слоем, над количеством света с первой длиной волны, поглощаемого вторым активным слоем.

40. Фотогальваническое устройство по п.1, дополнительно содержащее антиотражающий слой, расположенный над первым активным слоем.

41. Фотогальваническое устройство по п.1, дополнительно содержащее по меньшей мере одно переходное отверстие, электрически связанное по меньшей мере с одним из активных слоев.

42. Фотогальваническое устройство, содержащее первые средства выработки электрического сигнала в результате поглощения света с первой длиной волны указанными первыми средствами выработки электрического сигнала, вторые средства выработки электрического сигнала в результате поглощения света со второй длиной волны указанными вторыми средствами выработки электрического сигнала, первые средства фильтрации светового излучения, расположенные между первыми и вторыми средствами выработки электрического сигнала и выполненные с возможностью отражения большего количества света с первой длиной волны, чем света со второй длиной волны, и пропускания большего количества света со второй длиной волны, чем света с первой длиной волны, и первый оптический резонатор, вызывающий возрастание количества света с первой длиной волны, поглощаемого первыми средствами выработки электрического сигнала, причем первые и вторые средства выработки электрического сигнала включены в совокупность средств выработки электрического сигнала в результате поглощения света этими средствами, содержащую по меньшей мере трое средств выработки электрического сигнала, имеющих запрещенные зоны, при этом запрещенные зоны указанной совокупности средств выработки электрического сигнала расположены на протяжении по меньшей мере примерно 1000 нм в длинах волн между примерно 450 нм и примерно 1750 нм.

43. Фотогальваническое устройство по п.42, дополнительно содержащее по меньшей мере одно переходное отверстие, электрически связанное по меньшей мере с одними средствами выработки электрического сигнала.

44. Фотогальваническое устройство по п.42, в котором первые средства выработки электрического сигнала содержат первый активный слой.

45. Фотогальваническое устройство по п.42, в котором вторые средства выработки электрического сигнала содержат второй активный слой.

46. Фотогальваническое устройство по п.42, в котором первые средства фильтрации света содержат первый оптический фильтр.

47. Способ изготовления фотогальванического устройства, согласно которому берут первый активный слой, выполненный с возможностью выработки электрического сигнала в результате поглощения света с первой длиной волны первым активным слоем, берут второй активный слой, выполненный с возможностью выработки электрического сигнала в результате поглощения света со второй длиной волны вторым активным слоем, размещают первый оптический фильтр между первым и вторым активными слоями, причем первый оптический фильтр выполнен с возможностью отражения большего количества света с первой длиной волны, чем света со второй длиной волны, и пропускания большего количества света со второй длиной волны, чем света с первой длиной волны, и формируют первый оптический резонатор, вызывающий возрастание количества света с первой длиной волны, поглощаемого первым активным слоем, причем первый и второй активные слои включены в совокупность активных слоев, содержащую по меньшей мере три активных слоя, имеющие запрещенные зоны, при этом запрещенные зоны указанной совокупности активных слоев расположены на протяжении по меньшей мере примерно 1000 нм в длинах волн между примерно 450 нм и примерно 1750 нм.