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的方法，特别是一种提高半导体光电转换器件性能的方法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所示)，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器件在接收光时都是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(结构剖面图见图3)[李建明，中国专利，专利号ZL 91103787.X，公开号CN 1056188A]。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。
还有一种国内外很流行的提高硅光电转换器件性能的方法是腐蚀硅表面，以使表面形成微观上凹凸不平的硅表面织构[赵玉文，李仲明，莫春东，何少琪，于元，《太阳能学报》，1998年，第19卷，第1期，1-3页]，这样，光垂直照射在织构化表面上后，就会被更多的吸收。
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性能的方法，其是采用简单的步骤调整，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，将入射光与光电转换器件表面法线形成一小于90度的夹角θ。
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。
其中入射光与光电转换器件表面法线形成的夹角θ为45度到75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为入射光与光电转换器件表面有一个夹角而非垂直情况的剖面示意图。
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，将入射光1与光电转换器件2表面法线形成一小于90度的夹角θ。
其中所述的半导体光电转换器件2是光伏型的或是光导型的。
其中入射光1与光电转换器件2表面法线形成的夹角θ为45度到75度之间。
实施例本实施例采用普通硅光电转换器件(请结合参阅图4)，器件的表面积为1cm2。众所周知，太阳光中含有红外光的成份，因此，本实施例的入射光采用很易获取的太阳光。
首先，让一个硅光电转换器件2的表面与入射光1垂直，即入射光垂直入射器件，在这种情况下采光面积恰好等于硅光电转换器件2的表面积，此种情况测得硅光电转换器件的光生电流是24.8mA，这样，入射光垂直照射器件时，器件每单位采光面积的光生电流为24.8mA/cm2。
然后，倾斜这个硅光电转换器件2(如图4所示)，让入射光1与器件2表面法线的夹角(入射角)θ为45°，这样，太阳光中的红外光就能在斜入射的硅光电转换器件中比垂直入射有更大的路径。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的表面积乘以cos45°，所以，采光面积是硅光电转换器件表面积的0.707倍。此种情况测得硅光电转换器件的光生电流是19.3mA。这样，入射角为45°时，器件每单位采光面积的光生电流为27.3mA/cm2。
因此，通过倾斜硅光电转换器件，使入射光由垂直入射到与器件表面法线呈45°夹角，该器件的每单位采光面积光生电流从24.8mA/cm2增加到27.3mA/cm2，这说明倾斜硅光电转换器件能增加将光转换成电的能力。
让入射光与光电转换器件(利用光伏效应或利用光导效应)的表面有一个夹角而非垂直入射(见图4所示)，这样，如果入射光是红外光或包含有红外光，红外光就可以在硅光电转换器件里经历更长的穿透路线，从而被更多的吸收。
由于红外光在光电转换器件中增加了路程，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光生电流就会增加。
如果入射光与器件表面法线的夹角(入射角)θ大于一定的值，入射红外光就能在器件内形成全反射，从而使红外光的路程得到增加。
与上述表面织构相比，在同等采光面积的情况下，本发明的倾斜半导体片方案虽然增加了半导体片的面积，但却省去了腐蚀工艺。本发明技术由于使更多的红外光转换成光生电流，因此可用于提高红外光探测器的灵敏度；由于太阳光中包含有红外光的成份，本发明技术也可用于提高太阳能电池的光电转换能力。
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，将入射光与光电转换器件表面法线形成一小于90度的夹角θ。
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，其中入射光与光电转换器件表面法线形成的夹角θ为45度到75度之间。
全文摘要
本发明涉及一种半导体光电转换器件，其是将入射光与光电转换器件表面法线形成一小于90度的夹角θ。其可提高半导体光电转换器件的光生电流和光电转换效率，其特点是倾斜半导体光电转换器件，使器件表面与入射光不垂直，而成一定的夹角。由于光线在器件中的路径不是沿与器件表面垂直的方向，因此光线在器件中的路径就比光线垂直入射的情况要长，这能使光在器件中得到更多的吸收，并产生更大的光生电流，进而提高光探测器的灵敏度或太阳能电池的效率。
文档编号H01L31/04GK1521861SQ03103590
公开日2004年8月18日 申请日期2003年1月29日 优先权日2003年1月29日
发明者李建明, 种明, 杨丽卿, 徐嘉东, 胡传贤, 段晓峰, 高旻, 朱建成, 王凤莲 申请人:中国科学院半导体研究所