Полупроводниковый фотоэлектрический генератор Советский патент 1976 года по МПК H01L21/00 

Изобретение относится к приборам для преобразования энергии излучения, в частности энергии оптических квантовых генераторов света в электрическую. Для увеличения к.п.д. фотоэлектрического генератора необходи1М.о увеличение числа носителей, генерируемых светом, улучшение собирания носителей к р-п -переходу и сн жение потерь на внутреннем сопротивлении Решение этих вопросов идет в основном ло пути оптимизации конструкции генератора. Известен фотоэлектрический генератор с двусторонней рабочей поверхностью, где р- П -переход занимает большую часть ли цевой и обратной сторон генератора. Такие генераторы имеют большую величину со противления растекания в базовой области и, следовательно, высокое сопротивление Rjj , а также вдвое большую величину обратного тока при освещении генератора с одной стороны. Улучшение собирания носителей в базе, уменьшение сопротивления растекания и переходного сопротиштентш контактов достигается подлегпрованпех базовой области генератора под всей плошадью сплошного тыльного контакта. При такой конструкции фотоэлекгрического генератора рабочей поверхностью остается только лицевая сторона, а на тыльном контакте наблюдается повышенная рекомбинация носителей и бесполезное поглощение длинноволновой части излучения. Известен фотоэлектрический генератор, в котором с тыльной стороны на расстоянии дифс)узионной длины от р-п - перехода расположен зеркальный контакт. Волагодаря этому часть света, не поглощенная в базе генератора, вновь возвращается к р-п - переходу. Однако для такой конструкции фотоэлектрического генератора характерно налиDie рекомбинации носителей на тыльнокт контакте и односторонняя рабочая поверхность. Для улучшения собирания носителей к р | -переходу рассмотрено действие встроенных в базу электрических тянуших полей, созданных за счет градиента концентрации прим.еси или гетероперехода между частями базы с переменной шириной запрещенртойзо Однако при создании тян оцего ;;оля во все толще базовой области наблюдается низкая диффузионная длина носителей в сильно ле гированной области базы, Известна конструкция герм.аниевого фотоэлектрического генератора. В гене раторе для увеличения к.п.д, между зеркал ным тыльным металлическим контактом и базой германиевого фотоэлектричс-осогс генератора расположен слой кремния. ТекcaMbLM при ширине области базы мепыие диффузионной длины, образовавлтйся гетеропереход германием и крсктнием на тыльной поверхности генератора слу ;с:гт дл улучшения собирания носителей к Р - п -п реходу. Однако такая конструкщг;.: (ротозлек трического генератора имеет односторонню рабочую поверхность и сложную технопогию изготовления. Наиболее оптимальным peiueniio,; вопрос получения высокого коэффициента собирани носителей к р -п -переходу является мат ричная конструкция фотоэлектричССко1 о гонератора, где за счет большого чкс.:и} i-tiaней микрофотопреобразователей с-р -;i -переходом расстояние от любой точки базь: до р - П -перехода в любом наиравгтяпт ; сравниКЮ с диффузионной длиной -осителен тока. Однако и у матричной консгрулц: электрического генератора, хотя ,;: : шей степени, чем у всех остальных ных конструкций фотоэлоктричсскогт ратора, есть недостаток - no -ei;u м на сопротивлении растекания в тол:рованных слоях дополнительных р переходов, не покрытых слоем ,;отп кого контакта и расположенных п ьлоскости рабочей освещаемой поверхпог л готюратора. Потери мощности на сопротлплспии растекания приводят к тому, что ;) работы генератора при болыапх концентрациях светового потока (более 50 квг ..г } вкла,д по току от дополнителыых р -; переходов равен нулю и к.п„д. сллг.гается до значения, определяемого свойстЕака р fl -перехода, параллельного световому потоку (перпендикулярного к рабочей Уменьшить сопоотиаление оасгеканостиПИЯ легированных слоев, расиоложекплх параллельно рабочей поверхности генератора, удается путем увеличения глубин1;Г залегания дополнительных р - П перехо дов. Однако такой способ снижеиня сопротивления растекания соировождается росто нефотоактивного поглощения излучения в толстом легированном слое, что в кО -:ечном итоге не приводит к заметгюму увели чению к.п.д. гекератооа. Еше одним недостатком матричной конструкции генератора яшгяется увеличение обратных токов т ечки через р - П -переход при увеличении числа гераней микрофотопреобразссателей с расположенными на них р - f- -пег;-- ;содами. освещаекых гастично, Предлагаемый фо7озле.а ..ский генератор вкполкен из скокмутированньк фото-прэобразователой с .цвусторонией рабочей поверхностью, один, два или три линейных размера которых соизмерим с диффузионной длиной, а р - п -переходы расположены на одной пли нескольких -ранях фотолреобразователя, и отличается от известных TGM,, что, с полью уаопиуения к.п.д, на 50% и более, р-й (П- -ft, } - переход располол;он, ио крайргей мере, на одной грани |;зотопреобразователей, на которую падает излучопие, р --р (л -Гг, I и p-ft--nepeхоць расиоложень; Также, ло крайней мере, ii,o одной грани, перпендикулярной к рабочей поверхности, на этих же гранях устааовлеп зеркальный леталлический контакт, На . Ij 2 и 3 показапь: варианты копструкшп Генератора. Кажд1 1Й фотогреобоазователь (см. фиг,1) с ; чгораторе тол:иииу, соизмерилтую с дн;1К;;узлоино;1 дллжзл. Ма одной из цвух V;6o{TlX ;ЮВерХПОСТС Й р;г;;;толОл С;И р - fl ло)еход 1, на Р - -переход 2, созданный, например, методом иоппой бомбардлровкп. Контакты 3 и 4 ;; легированпои и базовой области выполнен): в виде согк п Л,;вме1цс.1: ь ллапе, р - р -лере- ходы, полученные методом иопной боКГбардпрогжп лпзкотемлературкой диффузии, устраняют влияпие поворх}1остлой рикомбипацпи пе основп1 1х носителей тока, увеличивая коэффиппент их собирания. Преиму1лес1зом конструкции является снижение об)атлого учстли в р - in- -переходе -.а счот замены части его на переход р- р ., : Jpji работе генератора iia пизлих и околоземных орбитах, за счот использования отраженного п.злуче;ния земли, .с.л.д. и выходная мощность 1 оиератора повы.шаются па 50-70%. Каждый (Ьотоп1)еобразоБатель г-енератора на (1)иг. 2 имее1 р - р -переход 2 iia пяти гранях, а р п -переход 1 - на шестой г-раи - фотогазеобразователя, параллельной излучению, Мета.ллический .зеркальный Koi-глакт 3 покрывает всю поверхность .легировапного слоя, Г1ока.занный )га фиг. 3 генератор имеет L -образный р - р -переход 2 на трех гранях. фотопреобра.зок.ателя, р - fl -переход 1 и зеркальный металлический контакт 3 расположены, на трех гранях фотопреобразователя, перпендикулярных к рабочей поверхности.

Эти генераторы (фиг.2, З), благодаря

отсутствию сопротивления растекания и потерь на поверхностную рекомбинацию, могут вырабатывать м.ощность более 10 вт/см при сверхвысоких концентрациях светового потока.

Зеркальные металлические слои на боковых гранях обеспечивают полное отражение инфракрасной неактивной части спектра от боковых граней, что улучшает условия теплоотвода при сверхвысоких концентрациях светового потока, а также возвращает вновь к р - fl -переходу не успевшую поглотиться длинноволновую активную часть спектра излучения.

Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет уменьшить число граней с р-П -переходами, увеличить фоточувствительность генератора при освешении со стороны базы, уменьшить величину сопротивления растекания, обратные токи утечки и общее внутреннее сопротивление генератора, полнее использовать длинноволновую активную часть спектра. В целом это дает возможность увеличить к.п.д, на 60-70% при обычной солнечной освещенности генератора с двух сторон и получить мощность более 10 вт/см при сверхвысоких плотностях светового потока и любом спектре падающего излучения.

Ф о р м 3 л а изобретения

Полупроводниковый фотоэлектрический генератор из скоммутированных фотопреобразователей с р- ti -переходами, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения к.п.д. генератора, по крайней мере, на одной из свободных от контактов поверхностей базовой области выполнены изотип+.J,,

ные переходы р-р (fl - fl ).

, llUIUIIIilljx

ttltftttfflftt

Сбет

Ри2 1

III П П П 11 П

ili i|i l 1: I

t tttfiin tttt

иг 2

И И I НI И t 11П 1/

1JJ

tfttittttit tltff