专利名称：提高半导体光电转换器件性能的方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体光电转换器件组件，能提高半导体光电转换器件的光产生电的能力。
背景技术：
当光照射到由P型和N型两种不同导电类型的半导体材料构成的P-N结上时，在一定条件下，光能被半导体吸收并产生电子和空穴两种载流子。在P-N结的内建静电场的作用下，电子和空穴在P-N结的两端形成光生电动势，这就是被称为光伏效应的光生伏特现象。
如果光照在一块半导体上，而这块半导体又被加上电压，那么半导体中的光生载流子就能在外加电压导致的电场作用下形成光生电流，这是被称为光导效应的光生电导现象。利用半导体的光伏特性和光导特性可制造将光转换成电的半导体光电转换器件，其中利用光伏特性的半导体光电转换器件应用的较多。
半导体的一个主要特点是其能带有一个禁带，这样，能量低于禁带宽度的光(红外波段的长波长光)就难以被半导体吸收，从而穿透半导体，这限制了传统半导体光电转换器件将红外光转换成电的能力。
但实际的半导体并非是没有任何杂质缺陷的本征半导体，而是多少都带有一些杂质和缺陷，这些杂质和缺陷可以引起红外吸收。在这种吸收机制中，能带中价带里的电子受到红外光的激发后从价带跳跃到禁带中的缺陷能级，然后再受到红外光的激发从缺陷能级跳跃到导带上(见图1示意)，成为可移动的载流子，从而使红外光激发出电子和空穴。
目前的半导体光电转换系统都是让半导体光电转换器件放置在一个平面上，让入射光垂直器件的表面照射器件(如图2示意)，为了提高半导体光电转换器件的性能，人们已采取了一些技术措施，下面以硅器件为例说明一下改进半导体光电转换器件性能的情况。
硅中的杂质及缺陷在一定情况下已被证明能改进硅光伏器件的红外光生电流[Guttler G and Queisser H J，Energy Conversion，1970，1051-55]，非晶硅由于充满了缺陷因而有着比单晶硅大的多的吸收光能力[P.J.Zanzucchi，C.R.Wronski，and D.E.Carlson，J.Appl.Phys.，1977，485227-5236]。而通过离子注入的方法已在硅片表面下形成一个接近非晶状态的重缺陷埋层[Jianming Li，Appl.Phys.Lett.，1989，552223-2224]，因此，在这样的非晶状态重缺陷埋层附近形成P-N结就可促进硅光伏器件的光生电流(结构剖面图示见图2)[李建明，中国专利，专利号ZL 91 1 03787.X，公开号CN 1056188A]。另外，通过向硅材料注入氢离子，在硅片表面下形成空洞层，以使入射的光改变方向，从而使一些入射的光在硅片内形成全反射，达到增加光在硅片中路程的手段，这种方法已被证明能起到表面绒面光伏器件的作用[M.K.Zundel，W.Csaszar，and A.L.Endros，Appl.Phys.Lett.，1995，673945-3947]。此外，国际上很多学者都采用离子注入和其它工艺在半导体片的表面下形成异质埋层，以提高硅器件的光吸收特性。
投射到光伏器件表面的光，部分被表面反射掉，部分透射到器件内部(通过器件表面进入器件)，被转换成电。通常情况下，裸硅表面的反射率相当大，可将入射光的约30％反射掉，为了减小表面的反射损失，主要有两种方法，一是将电池表面腐蚀成绒面，延长光在器件中的路程并增加光与器件表面作用的次数，二是镀上一层或多层光学性质匹配良好的减反射膜。
如果入射光是红外光或包含有红外光，红外光可以在V字型光电转换器件组件里比在同一平面里的光电转换器件里经历更长的穿透路线，从而被更多的吸收，进而更多的红外光被器件中的缺陷吸收，激发出更多的电子和空穴(激发的过程如图1示意)。在这种情况下，半导体光电转换器件的红外光生电流也会增加。
V字型光电转换器件组件技术由于使更多的入射光被吸收并被转换成光生电流，因此可用于提高探测器的灵敏度；这种技术也可用于提高太阳能电池的光电转换能力。
与上述表面绒面光伏器件及多层光学减反射膜相比，在同等采光面积的情况下，V字型方案虽然增加了半导体光电转换器件的面积，但却省去了腐蚀工艺或复杂的多层光学减反射膜工艺。
上述方法都是为了提高光在半导体材料中的吸收，从而产生更多的光生电子和空穴。总之，人们一直在不断地采取各种措施去提高半导体光电转换器件的性能。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种提高半导体光电转换器件的光生电能力的方法，其是采用一种新的半导体光电器件组合设计，即可提高目前半导体光电器件的光转换电的能力。
本发明的技术方案是本发明一种提高半导体光电转换器件性能的方法，其特征在于，包括如下步骤1)取两个半导体光电转换器件；2)使两个半导体光电转换器件构成V字型组件，其可增加受光面积，增加将光转换成电的能力。
其中所述的半导体光电转换器件是光伏型的或是光导型的。
其中两个V字型的半导体器件之间的夹角为30度到90度之间。
为进一步说明本发明的技术内容，以下结合附图和实施例对本发明作一详细的描述，其中图1为红外光通过缺陷杂质能级激发电子和空穴的能带示意图。
图2为垂直光电转换器件表面的入射光照射器件的剖面示意图。
图3为表面下含有异质埋层结构的硅光伏器件剖面示意图。
图4为V字型结构的半导体光电转换器件组件剖面示意图。
具体实施例方式
请参阅图4所示，一种提高半导体光电转换器件性能的方法，其特征在于，包括如下步骤1)取两个半导体光电转换器件11、12；2)使两个半导体光电转换器件11、12构成V字型组件10，其可增加受光面积，增加将光转换成电的能力。
其中所述的半导体光电转换器件11、12是光伏型的或是光导型的。
其中两个V字型的半导体器件11、12之间的夹角为30度到90度之间。
实施例本实施例采用多晶硅光电转换器件两个，器件的表面积均为1cm2，入射光采用很易获取的太阳光。
首先，让两个硅光电转换器件放置在同一平面，并让入射光垂直入射，在这种情况下采光面积恰好等于硅光电转换器件的表面积，此种情况测得每单位采光面积的光生电流为27.2mA/cm2。
然后，使这两个硅光电转换器件11、12组成V字型(如图4所示)，两个硅光电转换器件11、12的夹角为90度，让入射光沿两个半导体光电转换器件11、12之间夹角的分角线入射到该V字型组件10(见图4示意)。这种情况计算采光面积应计算与入射光垂直的光接收面(如图4所示)，于是，采光面积应是这个硅光电转换器件11、12的表面积乘以cos 45度，所以，采光面积是硅光电转换器件11、12表面积的0.707倍，此种情况测得硅光电转换器件每单位采光面积的光生电流为30.1mA/cm2。
因此，通过采用V字型设计的方案，可使每单位采光面积光生电流从27.2mA/cm2增加到30.1mA/cm2，这说明这种V字型设计的方案能增加将光转换成电的能力。
权利要求
1.一种提高半导体光电转换器件性能的方法，其特征在于，包括如下步骤1)取两个半导体光电转换器件；2)使两个半导体光电转换器件构成V字型组件，其可增加受光面积，增加将光转换成电的能力。
2.根据权利要求1所述的提高半导体光电转换器件性能的方法，其特征在于，其中所述的半导体光电转换器件是光伏型的或是光导型的。
3.根据权利要求1所述的提高半导体光电转换器件性能的方法，其特征在于，其中两个V字型的半导体器件之间的夹角为30度到90度之间。
全文摘要
一种提高半导体光电转换器件性能的方法，包括如下步骤1)取两个半导体光电转换器件；2)使两个半导体光电转换器件构成V字型组件，其可增加受光面积，增加将光转换成电的能力。
文档编号H01L31/18GK1665037SQ200410007708
公开日2005年9月7日 申请日期2004年3月5日 优先权日2004年3月5日
发明者李建明 申请人:中国科学院半导体研究所