[发明专利]光生伏打电池

说明书

本发明涉及光生伏打电池，更具体地说，本发明涉及包含具有高粗糙系数的结的那种光生伏打电池。

采用光生伏打电池将光能转换成电能很久以来就是公知技术，这种电池目前被用于各种电子装置，例如手表、计算器、照相机以及诸如此类的物品。

这种电池可以分成四个主要类型，即肖特基二极管型金属-半导体(MS)结电池、金属-绝缘体-半导体(MIS)结电池、半导体-绝缘体-半导体(SIS)结电池以及同质结或异质结电池。

术语“结”应该理解为表示金属和半导体之间，或者两种不同类型导电性的半导体之间的渡越区。

在所有公知的薄层光生伏打电池中，采用的半导体材料总是处理成在基片表面上连续的薄的平层形状，事先由例如用金属制成的第一透光电极覆盖在基片上。根据电池的类型，上述半导体材料层接着再由一层或几层覆盖(半导电层和/或绝缘层和/或导电层)，最上面的一层形成第二电极。

虽然在过去几年中对这种光生伏打电池进行了开发和改进，以便增大它们的输出，但是其输出仍旧保持在相对较小的水平。

然而制造这种电池却需要制备高纯度的材料，并且还要使用安装在绝对清洁室中的复杂设备，即使这样，这种电池仍然难于制造。

本发明的主要目的就是克服上述现有技术的缺点，提供一种具有每单位面积较高的将入射光能转换成电能的转换率的光生伏打电池。并且该电池易于制造。

因此，本发明的产品是一种光生伏打电池，该电池包括：具有支持面的基片，在支持面上配置第一电极，通过多个层与第一电极隔离的第二电极，多个层中至少具有半导电材料的第一层，并在其界面处有激活结，其特征在于：所述激活结具有大于其投影面积的扩大的面积。相对于现有技术电池，上述特征使电池聚集入射光子的能力大大提高。由于在与大的激活结相连的半导电层中，光多次漫射，导致上述能力的提高是实质性的。因此，本发明电池的结构能够提供每单位面积增大的输出。

根据本发明优越的技术特征，所述激活面具有大于20的粗糙系数。

在这一点上应注意，粗糙系数是由实际面积与投影面积之比定义的。

根据本发明的第一实施例，所述支持面具有大于其投影面积的扩大的面积，并且所有所述其它各层部在所述支持面上依次相应地扩展。因为仅需要对基片进行一次机械或化学处理，所以这个实施例明显具有简单的优点。

根据本发明的第二实施例，第一电极具有大于其平面投影面积的扩大的面积，并且所有所述其它各层都在所述电极上依次相应地扩展。

根据本发明的第三实施例，所述第一半导电材料层具有大于其投影面积的扩大的面积，并且所有所述其它各层都在所述第一半导电材料层上依次相应地扩展。

根据本发明第二和第三实施例所共有的另一个优越的技术特征，所述电极或相应的第一半导电材料层包含胶体微粒形成的一个层。

这个技术特征使激活结具有非常大的有效面积，因此也具有非常高的有效面积与投影面积比，该比值可以达到2000的数量级。

该层还能使由入射光子在其中产生的少数载流子，在这些载流子发生复合之前到达结上，从而制造出能够最好地利用由来自入射光的光子提供的能量的光生伏打电池。

通过研究对本发明光生伏打电池各实施例所作的说明，就能明显地看出本发明的其它技术特征和优点。通过与附图相关的但不用作限制保护范围的实施例，在下面对本发明给予说明。

图1用图示意地并以剖面图方式表示根据本发明的第一类光生伏打电池。

图2至6分别是根据本发明的各个实施例，对图1所示电池的局部放大视图。

图7用图示意地并以剖面图方式表示根据本发明的第二类光生伏打电池。

图8至12分别是根据本发明的各个实施例，对图7所示电池的局部放大视图。

下面将对本发明进行说明，与图1至6相关的内容是本发明应用于肖特基型金属-半导体(MS)结光生伏打电池，或者异质结或同质结半导体-半导体光生伏打电池的说明；而与图7至12相关的内容是本发明应用于金属-绝缘体-半导体(MIS)结光生伏打电池，或者半导体-绝缘体-半导体(SIS)结光生伏打电池的说明。

这么多种类的光生伏打电池，其工作原理对本领域的技术人员来说都是公知的，因此在下面的说明中将仅涉及上述原理与本发明之间的结合问题。以下说明特别要涉及Edward S.Yang所著的、名称为“Microelectronic Devices”的著作，用于解释用于光生伏打电池中的物理现象。

首先说明图1，该图表示根据本发明的第一类光生伏打电池，该电池用总附图标记号码1标示。