Изобретение относится к электронной технике, а именно к приборам, преобразующим энергию электромагнитного излучения в электрическую, и технологии их изготовления, в частности к полупроводниковым фотоэлектрическим генераторам.
Известен полупроводниковый фотоэлектрический генератор (а.с 288163 СССР, 1967 г., МПК H01L 31/042), выполненный в виде матрицы из скоммутированных микрофотопреобразователей, у которых один или два линейных размера соизмеримы с диффузионной длиной неосновных носителей тока в базовой области, а плоскости p-n-переходов перпендикулярны рабочей поверхности генератора.
Недостатком указанного преобразователя является недостаточно высокая эффективность преобразования.
В качестве прототипа принята конструкция полупроводникового фотоэлектрического генератора, выполненного в виде матрицы из скоммутированных микрофотопреобразователей, у которых один или два линейных размера соизмеримы с диффузионной длиной неосновных носителей тока в базовой области, а плоскости р-n-переходов перпендикулярны рабочей поверхности генератора, на поверхности микрофотопреобразователей, свободной от n-p-переходов, размещена изолирующая пленка толщиной 10-30 нм, на которой размещены нанокластеры металлов размером 10-40 нм с расстоянием между нанокластерами 60-120 нм, а над нанокластерами расположен слой пассивирующего антиотражающего покрытия из диэлектрика.
В варианте конструкции полупроводникового фотоэлектрического генератора, выполненного в виде матрицы из скоммутированных микрофотопреобразователей, у которых один или два линейных размера соизмеримы с диффузионной длиной неосновных носителей тока в базовой области, а плоскости n-p-переходов перпендикулярны рабочей поверхности генератора, на поверхности микрофотопреобразователей, свободной от p-n-переходов, размещена изолирующая пленка, в которой размещены нанокластеры металлов размером 10-40 нм, а над пленкой расположен слой пассивирующего антиотражающего покрытия из диэлектрика.
В другом варианте конструкции полупроводникового фотоэлектрического генератора, выполненного в виде матрицы из скоммутированных микрофотопреобразователей, у которых один или два линейных размера соизмеримы с диффузионной длиной неосновных носителей тока в базовой области, а плоскости n-p - переходов перпендикулярны рабочей поверхности генератора, на поверхности микрофотопреобразователей, свободной от p-n -переходов, размещена изолирующая пленка, в которой размещены нанокластеры металлов размером 10-40 нм, при этом изолирующая пленка выполняет функцию пассивирующего антиотражающего покрытия (патент РФ №2336596, 2007, МПК H01L 31/042. Опубл. 20.10.2008. Бюл. №29).
Недостатком указанного полупроводникового фотоэлектрического генератора является недостаточно высокая эффективность преобразования.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение КПД фотоэлектрического генератора, повышение эффективности преобразования электромагнитного излучения.
Вышеуказанный результат достигается тем, что в полупроводниковом фотоэлектрическом генераторе с двухсторонней рабочей поверхностью, выполненном в виде матрицы из скоммутированных микрофотопреобразователей с n+-p-p+(p+n-n*) диодными структурами, у которых один или два линейных размера микрофотопреобразователя соизмеримы с диффузионной длиной неосновных носителей тока в базовой области, а плоскости диодных структур наклонены под углом φ, 30°<φ<150°, к рабочей поверхности генератора, по всей площади рабочей поверхности с двух сторон генератора размещена пассивирующая пленка толщиной 10-60 нм, выполненная на основе одного или двух окислов следующих металлов: тантала, цинка, алюминия, молибдена и вольфрама, а над пассивирующей пленкой расположен слой просветляющего покрытия.
В варианте конструкции полупроводникового фотоэлектрического генератора плоскости пассивирующей пленки и просветляющего покрытия выполнены перпендикулярно плоскости диодных n+-p-p+(p+-n-n+) структур.
Также повышение КПД и эффективности преобразования достигается тем, что в полупроводниковом фотоэлектрическом генераторе с двухсторонней рабочей поверхностью, выполненном в виде матрицы из скоммутированных микрофотопреобразователей с n+-p-p+(p+-n-n+) диодными структурами, у которых один или два линейных размера микрофотопреобразователей соизмеримы с диффузионной длиной неосновных носителей тока в базовой области, а плоскости диодных структур наклонены под углом φ, 30°<φ<150°, к рабочей поверхности генератора, по всей площади рабочей поверхности генератора с двух сторон генератора размещены пассивирующие и просветляющие пленки, выполненные на основе одного или двух окислов следующих металлов: тантала, цинка, алюминия, молибдена и вольфрама, а также нитрида или карбида кремния.
В варианте конструкции полупроводникового фотоэлектрического генератора плоскости пассивирующей и просветляющей пленки выполнены перпендикулярно плоскости диодных n+-p-p+(p+-n-n+) структур.
Сущность изобретения поясняется фиг.1-2.
На фиг.1 показаны основные элементы конструкции полупроводникового фотоэлектрического генератора, которого плоскости диодных p+-n-n+ структур наклонены под углом 60° к рабочей поверхности генератора с пассивирующей пленкой на основе окисла цинка и просветляющим покрытием из диэлектрика. На фиг.2 показаны основные элементы конструкции полупроводникового фотоэлектрического генератора, которого плоскости диодных n+-p-p+ структур перпендикулярны рабочей поверхности генератора с пассивирующей пленкой на основе оксида алюминия и оксида цинка на двух поверхностях генератора, которая совмещена с просветляющим покрытием.
На фиг.1 фотоэлектрический генератор состоит из микрофотопреобразователей 1 с диодными p+-n-n+ структурами, плоскости которых наклонены под углом φ=60° к рабочей поверхности 2 генератора, содержащих p+-область 3, p+-n-переходы 4, базовую область 5 n-типа и p+-область 6, внешних металлических контактов 7, внутренних металлических контактов 8, пассивирующей пленки 9, просветляющего покрытия из диэлектрика 10. Один или два линейных размера микрофотопреобразователей 1 соизмеримы с диффузионной длиной неосновных носителей тока в базовой области 5. Пассивирующая пленка 9 выполнена из оксида цинка и расположена на двух рабочих поверхностях 3 по всей площади поверхности генератора, толщина пленки 9 10-60 нм. Над пленкой 9 расположен слой просветляющего покрытия из диэлектрика 10.
На фиг.2 микрофотопреобразователи 1 с диодными n+-p-p+ структурами, плоскости которых перпендикулярны рабочей поверхности 2 генератора, содержат n+-область 11, n+-p переход 12, базовую область 13 p-типа и p+-область 14, на каждой из двух рабочих поверхностях 2 генератора по всей их площади нанесена пассивирующая пленка 15, выполненная из оксида алюминия и оксида цинка, которая выполняет также функцию просветляющего покрытия.
Полупроводниковый фотоэлектрический генератор работает следующим образом.
Падающее на рабочую поверхность 2 (фиг.1) электромагнитное излучение через просветляющее покрытие 10 и пассивирующую пленку 9 поступает на рабочие поверхности 2 микрофотопреобразователей 1. Происходит поглощение фотонов, сопровождающееся образованием электронно-дырочных пар и появлением неосновных неравновесных носителей заряда. Электронно-дырочные пары разделяются полем p+-n - перехода 4, что вызывает во внешней цепи фототок, направленный к базовой области 5. Одновременно излучение поступает на пассивирующую пленку 15. Встроенные электрические заряды в пассивирующей пленке активизируются излучением и создают электрическое поле, которое ускоряет неосновные носители заряда - дырки в базовой области n - типа при их движении от рабочей поверхности 2.
Это приводит к снижению потерь на поверхностную рекомбинацию на рабочих поверхностях 2 генератора и увеличению фототока и КПД в 10 раз.
В полупроводниковом фотоэлектрическом генераторе на фиг.2 электромагнитное излучение поступает непосредственно на пассивирующую пленку 15, которая выполняет функцию просветляющего покрытия. Сочетание оптических и зарядовых характеристик позволяет в ряде случаев использовать пассивирующую пленку 15 в качестве просветляющего покрытия. Для полупроводникового фотоэлектрического генератора с вертикальными диодными структурами на фиг.2 функция генерации не зависит от расстояния от n+-p-перехода 12, что создает возможность равномерной генерации носителей заряда в пространстве базовой области 13 между n+-p-переходом 12 и изотипным p-p+-переходом и модуляции проводимости базовой области 13 под действием излучения и электрических зарядов в пассивирующей пленке 15, что приводит к снижению последовательного сопротивления и увеличению коэффициента заполнения вольт-амперной характеристики в реальных условиях эксплуатации по сравнению с известными конструкциями генераторов.
Пример выполнения полупроводникового фотоэлектрического генератора.
Пример 1. Фотоэлектрический генератор представляет собой матрицу из скоммутированных микрофотопреобразователей 1 с вертикальными диодными n+-p-p+ структурами. Микрофотопреобразователи 1 выполнены из кремния p-типа с вертикальными диффузионными n+-p и p+-p-переходами и сплошными вертикальными омическими контактами из никеля и олова. На двух рабочих поверхностях генератора размещена пассивирующая пленка 15 окиси алюминия Al2O3 толщиной 30 нм, на которой расположен слой просветляющего покрытия 10 из диэлектрика типа нитрида кремния SixNy.
Пример 2. Фотоэлектрический генератор представляет собой многослойную матрицу из диодных n+-p+ структур с базовой областью n-типа. На двух рабочих поверхностях 2 генератора размещена пассивирующая пленка 9 оксида цинка ZnO толщиной 60-100 нм, которая выполняет функции просветляющего покрытия.
Следует отметить, что указанные примеры осуществления никак не ограничивают притязания заявителя, которые могут быть определены прилагаемой формулой изобретения, и множество модификаций и усовершенствований может быть сделано в рамках настоящего изобретения. Например, возможно создание в микрофотопреобразователях дополнительных р-n- или изотопных переходов, а также создание косоугольных матриц.
Изобретение относится к электронной технике, а именно к приборам, преобразующим энергию электромагнитного излучения в электрическую, и технологии их изготовления, в частности к полупроводниковым фотоэлектрическим генераторам. Полупроводниковый фотоэлектрический генератор с двухсторонней рабочей поверхностью выполнен в виде матрицы из скоммутированных микрофотопреобразователей с n+-p-p+(p+n-n+) диодными структурами, у которых один или два линейных размера микрофотопреобразователя соизмеримы с диффузионной длиной неосновных носителей тока в базовой области, а плоскости диодных структур наклонены под углом φ, 30°<ρ<150°, к рабочей поверхности генератора, по всей площади рабочей поверхности с двух сторон генератора размещена пассивирующая пленка толщиной 10-60 нм, выполненная на основе одного или двух окислов следующих металлов: тантала, цинка, алюминия, молибдена и вольфрама, а над пассивирующей пленкой расположен слой просветляющего покрытия. В другом варианте по всей площади рабочей поверхности генератора с двух сторон генератора размещены пассивирующие и просветляющие пленки, выполненные на основе одного или двух окислов следующих металлов: тантала, цинка, алюминия, молибдена и вольфрама, а также нитрида или карбида кремния. Изобретение обеспечивает повышение КПД фотоэлектрического генератора и повышение эффективности преобразования электромагнитного излучения. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 пр.
1. Полупроводниковый фотоэлектрический генератор с двухсторонней рабочей поверхностью, выполненный в виде матрицы из скоммутированных микрофотопреобразователей с n+-p-p+(p+n-n+) диодными структурами, у которых один или два линейных размера микрофотопреобразователя соизмеримы с диффузионной длиной неосновных носителей тока в базовой области, а плоскости диодных структур наклонены под углом φ, 30°<φ<150°, к рабочей поверхности генератора, отличающийся тем, что по всей площади рабочей поверхности с двух сторон генератора размещена пассивирующая пленка толщиной 10-60 нм, выполненная на основе одного или двух окислов следующих металлов: тантала, цинка, алюминия, молибдена и вольфрама, а над пассивирующей пленкой расположен слой просветляющего покрытия на основе диэлектрика.
2. Полупроводниковый фотоэлектрический генератор по п.1, отличающийся тем, что плоскости пассивирующей пленки и просветляющего покрытия выполнены перпендикулярно плоскости диодных n+-p-p+(p+n-n+)-структур.
3. Полупроводниковый фотоэлектрический генератор с двухсторонней рабочей поверхностью, выполненный в виде матрицы из скоммутированных микрофотопреобразователей с n+-p-p+(p+n-n+) диодными структурами, у которых один или два линейных размера микрофотопреобразователей соизмеримы с диффузионной длиной неосновных носителей тока в базовой области, а плоскости диодных структур наклонены под углом φ, 30°<φ<150°, к рабочей поверхности генератора, отличающийся тем, что по всей площади рабочей поверхности генератора с двух сторон генератора размещены пассивирующие и просветляющие пленки, выполненные на основе одного или двух окислов следующих металлов: тантала, цинка, алюминия, молибдена и вольфрама, а также нитрида или карбида кремния.
4. Полупроводниковый фотоэлектрический генератор по п.3, отличающийся тем, что плоскости нассивирующей просветляющей пленки выполнены перпендикулярно плоскости диодных n+-p-p+(p+n-n+)-структур.
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР (ВАРИАНТЫ) | 2007 |
|
RU2336596C1 |
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) | 2007 |
|
RU2331139C1 |
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ | 2007 |
|
RU2357325C1 |
Устройство для автоматической сортировки пластин диэлектрика по отношению диэлектрической постоянной к толщине | 1949 |
|
SU84625A2 |
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) | 2007 |
|
RU2369941C2 |
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) | 2008 |
|
RU2371811C1 |
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ | 2008 |
|
RU2373607C1 |
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ | 2008 |
|
RU2374720C1 |
ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР | 1950 |
|
SU92243A1 |
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ | 2009 |
|
RU2387048C1 |
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР | 0 |
|
SU288163A1 |
Авторы
Даты
2013-09-27—Публикация
2011-12-28—Подача