用于最优光电转换的整个太阳光谱倍增转换平台单元制造技术

本发明专利技术设计一种高产量多级光电倍增平台单元，其前面上设置一个具有上电极层(5)的保护抗反射涂层或层(1)，其特征在于其包括：由UV辐射光到光下转换器(2)到可见光辐射域内特定子带构成的光电‑光子平台，一个包含电子钝化层(4)和分光装置的收割绕射级器件(3)以及一个或多个自带光分成收窄的子带光浓缩转换器，IR辐射上转换专用光转换器，转换倍增平台由若干对每个窄带和浓缩子带光电倍增转换器优化后构成。顶部的数字光学光管理层收集，过滤，分光并且将太阳光集中到子带内，并且将它们以低能量倍增容量投射到专用光电转换器上，优选为全硅转换器。UV波长被吸收并且在平台顶部纳米层内被向下转换。太阳光的其他光谱分量通过该顶部纳米层被传送，引导到专用面板区并且聚焦到经过调整的转换器上。

【技术实现步骤摘要】
用于最优光电转换的整个太阳光谱倍增转换平台单元2.指导新颖性原理的定义本专利技术的知道原理在于通过同时将光，电和光电改进集成在一起，对载波低能量次级发生和倍增的位移可能性最优使用。实际上对应于太阳能光谱光电转换总体，完整和特别有效的处理。由围绕两个耦合步骤开发的多层转换器架构所引入的大范围的改进，该优化的效率变得真实可信。它们中第一个涉及复杂光管理，而第二个专用于特定光电转换。采用这个方式，传统半导体设备固有的量子刚度被避免。通过基于若干所实现的补充功能的转换和倍增平台使改进生效，这些功能允许智能处理入射光谱，包括：光收割，光到光的转换，光分裂，引导，光浓缩，聚焦以及光电转换，低能量自由载流子发生和倍增：i)直接，ii)穿过电子浴，调制的电子传输：i)电场模拟，ii)本地偏移，调整，转换，智能自由载流子采集。3.术语和表达的定义这里如下的定义在整个如下说明书中被使用。超材料指的是一种人造材料，特别是硅的派生物，表示出了物理特性与那些相应的自然材料相比有过之，作为补充或者极大的不同，尽管会保留其原始的化学组分。更具体的，其可以是连续或者非连续层，也可以是珍珠场或者任意类似块状的颗粒场，其表现出相当高的光学吸收性，低能量次级发生/转换，自由载流子的低能量倍增，特别是电子，特定电子运输，对激励增强的敏感性和较强的光学非线性。片段指的是次级电子发生纳米级调整，即对于有效的多阶段光电转换，具有其电子能量水平系统的经过调整的元件装置单元，光电转换利用低能量光生和额外自由载流子，优选为电子的倍增，正如被并行专利申请的方式所保护的。更具体的，其还是一种如何产生非常有用的电子能量水平组的方法，该水平可以针对太阳光谱转换为电能被优化。片段物质为基于材料的片段，即由同性质构成的光电转换材料，基本上，分散的片段形成有序的超晶格，并且插入到特定物理环境中，通过纳米膜片划界，受到平行专利申请方式的保护。更具体的，该表述还意味着一种如何产生能够利用一组片段能量水平的物质的方法。多层架构：强调所开发/围绕耦合段设置的设计；其中第一个涉及复杂光管理，而第二个设计特定的光电转换；每个段包括若干给定操作中包含的专用层。耦合段：设置独立于特定任务工作的相同设备元件，但是它们之间相互作用复杂光管理：若干对入射光线的操作允许其由于：收割，分离，受控波长变换，光电转换，引导，浓缩和聚焦引起的变换。光电转换：或多或少的光能量复合变化为电能低能量自由载流子发生和倍增：由于大约0.3eV硅中最优能量的次级电子发生；这里可能有两个发生事件，i)直接的，当所吸收的光子产生一个很热的电子，并且反过来产生(a)次级电子以及ii)间接地，当由自由载流子吸收辐射能量并且被传送到额外的次级电子的时候，由于采用片段产生碰撞，跨越电子浴数字绕射阵列：经过调制的数字微结构(同样是子波长)从而采用光学/光子方式处理入射光波光管理光电-光子平台：多功能光学和光子设备，建成一个适于处理入射光谱从而使得其适用于如下光电转换器的独立台，所采用的是优化整个设备性能的方式倍增序列：可以由给定光子能量产生的次级电子的最大数量UV下转换为光子光到光的紫外转换IR上转换为光子光到光的红外转换IR：红外辐射，由于其带宽间隙不能被半导体设备转换UV：紫外辐射，由产生排他性的一个电子孔对(热载流子)的能量光子构成，电子孔对主要(或者整体，当出现表面重组的时候)在热量中被转换。4、本专利技术的目的和多个方面当今所有的光电转换器对太阳光谱转换的过程都是失调的。这更应该被成为光热转换器，因为仅仅有相对较小部分的热射太阳光能被重新恢复为电能。在这一背景下，当前革新的主要贡献在于通过克服半导体转换器固有的能量失调使用整个太阳光谱。单个硬件光子物质相互作用的合成物理法则，“全或无”的规则，可以通过在所谓的软转换过程中幅值耦合现象来补充，软转换过程基于大量在转换过程中转换的补充效应。当将转换审视为一个过程，有可能引入多面串联入射光子和所收集电子的吸收之间单独的相互作用。该方法相当大程度上增加了全球转换效率最优化的可能性。在三个相关水平上启动多重相互作用：光子-光子，光子-电子和电子-电子。效果，设备和制造合成整个倍增转换平台单元的实施，作为一个具有不同专业化分支的工厂工作，其中若干个光处理水平接下来由至少三个电子处理水平连接，包括：片段，片段物质和自由载流子收集。该方法允许将光管理领域做出的众多贡献与光电转换中的独立实现步骤以及子系统设计的倍增转换器和转换平台关联。例如，转换单元优化的特定方面涉及倍增转换器及其几何因子，内部构成和尺寸的优化选择和使用以及它们的最优布置。通过在每一级和整个设备联合优化性能，多级转换处理的主意给最优实施新的能力以机会。多层处理包括两个主要极端。第一阶段通过其收割-分隔-控制-变换和转换-引导-浓缩-聚焦实现在入射光谱上光到光的操作。这些操作考虑了后续步骤的特殊性，特别是光电转换。通过提出所有下面步骤的顺序，大范围的改善变得现实。通常，专用数字散射阵列分散入射光，并将该光束集中在光电转换器上，这样每个转换器接收较窄部分的入射光并由此在其最高效率上工作。合成的性能通过独立的光处理管理步骤叠加得以改善，特别是光子收割，光谱分量的处理和光电转换管理。顺序具体包括基于自由载流子倍增的多级PV转换周期。光管理系统主要基于全息数字光学和光子学。光电管理系统基于光电自由载流子倍增转换器。采用这一方式，每个选定范围的太阳能光谱倍投射到优化后的转换器上，转换器以其最大的性能工作，即较窄的光谱范围适用于专用的无机，优选为全硅转换器。合成的转换周期表现为可视为相同的多个功能。第二阶段允许由于光子-电子和电子-电子操作带来的若干改进，这些操作由变化的光谱光通过低能载流子发生和倍增，调制电子传输和智能采集感应。光电自由载流子倍增转换器基于所谓的片段物质的超材料，其被赋予大量的所谓片段的发生中心。这些片段物质允许本地调制电子传输，从而次级电子被瞬时抽空进入前面的电极中，并且快速被转换器下层的电子替代。转换平台整体补偿由于反射，吸收和传送带来的不可避免的损失，这是由光管理引起的。整体增益平衡由于使用UV和IR连同低能量电子倍增而非常正向。取回的光谱分量，即太阳能光谱的光谱带，产生比恢复的入射光子数量更多的电子。使用传统解决方案该操作是不可能的。5、
技术介绍
最近并且非常不期望的是已经出现了对硅光电子学和光子学重拾兴趣。所提出的改进设计光管理，所采用的方式是半导体转换器可以在其最佳性能处工作。该转换器的基本问题来自于其由无机材料构建，与太阳能光谱的量子不匹配，即它们最佳转换效率所在波长远离太阳光谱最密集和最有能量的部分。目前该问题采用单个设备或者单独一种材料还没有被成功解决。在光转换中需要考虑三种光子行为模式：反射，传输和吸收。吸收允许将光子流转换成带宽缝隙附近的电子流并且在带宽缝隙之上同时转换为电子和光子。许多年前提出的一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种倍增光电-光子以及光电转换平台单元，其前面具有一个保护抗反射涂层或层(1)并且具有一个上电极层(5)，其特征在于其包括：/n.一个光电-光子平台，从而形成窄带光子带，适于相关的光电优化转换器，该光电-光子平台由如下组成：/n.UV辐射光到光下转换器(2)到可见光辐射域内的特定子带，/n.具有电子钝化层(4)和分光装置的收割绕射格栅元件(3)以及一个或多个自带光到窄带子带光浓缩转换器，从而引导和投射每一点集中窄带子带光到光电倍增转换器上/n.IR辐射上转换专用光转换器/n.转换倍增平台，由若干针对每个窄带和浓缩子带的所述光电倍增转换器构成，适于它们在其自身暴露面上接收的每个相关的窄带和浓缩子带光谱；/n所述倍增包括如下方式：/n所述窄带和浓缩子带光谱的光子产生一个很热的电子，其进一步产生次级电子；/n每个所述窄带带宽被集中，从而使其适用于相应倍增步骤的最低能量，且表现出不连续的频谱。/n

【技术特征摘要】
20130903 US 61/872,8681.一种倍增光电-光子以及光电转换平台单元，其前面具有一个保护抗反射涂层或层(1)并且具有一个上电极层(5)，其特征在于其包括：
.一个光电-光子平台，从而形成窄带光子带，适于相关的光电优化转换器，该光电-光子平台由如下组成：
.UV辐射光到光下转换器(2)到可见光辐射域内的特定子带，
.具有电子钝化层(4)和分光装置的收割绕射格栅元件(3)以及一个或多个自带光到窄带子带光浓缩转换器，从而引导和投射每一点集中窄带子带光到光电倍增转换器上
.IR辐射上转换专用光转换器
.转换倍增平台，由若干针对每个窄带和浓缩子带的所述光电倍增转换器构成，适于它们在其自身暴露面上接收的每个相关的窄带和浓缩子带光谱；
所述倍增包括如下方式：
所述窄带和浓缩子带光谱的光子产生一个很热的电子，其进一步产生次级电子；
每个所述窄带带宽被集中，从而使其适用于相应倍增步骤的最低能量，且表现出不连续的频谱。


2.根据权利要求1所述的倍增转换平台单元，其特征在于绕射格栅为至少一个数字格栅。


3.根据权利要求1所述的倍增转换平台单元，其特征在于进入窄带子带光转换器的自带光为光到光的浓缩器。


4.根据权利要求1所述的倍增转换平台单元，其特征在于绕射格栅器件(3)和子带光到光浓缩器合并在一起。


5.根据权利要求1所述的倍增转换平台单元，其特征在于UV光到光下转换器(2)和绕射格栅器件(3)合并从而形成一个功能单元。


6.根据权利要求1所述的倍增转换平台单元，其特征在于IR辐射上转换器件刚好位于光电-光子平台的后面。


7.根据权利要求1所述的倍增转换平台单元，其特征在于IR辐射上转换器件刚好位于光电-光子平台的上面和后面，在其前面附近。


8.根据权利要求1所述的倍增转换平台单元，其特征在于IR辐射横向偏移从而被转换，浓缩和投射在一个单独的适配关联优化倍增转换器，从而有效转换或者直接用于加热水。


9.根据权利要求1所述的倍增转换平台单元，，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：兹比格卢·库茨尼奇，帕特里克·梅里埃斯，
申请(专利权)人：赛腾高新技术公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR