一种半导体光电电能转换器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种半导体光电电能转换器，包括输入模块和输出模块，其中，输入模块包括一个或多个半导体电光转换结构，用于将输入电能转换为光能，输出模块包括一个或多个半导体光电转换结构，用于将光能转换为输出电能，根据半导体电光转换结构和半导体光电转换结构之间连接关系的不同，可以实现AC-AC、AC-DC、DC-AC或DC-DC电能转换。本发明具有体积小，重量轻，结构简单，可以同时实现变流变压的功能，安全可靠，使用寿命长，安装维护方便的优点。
【专利说明】一种半导体光电电能转换器
【技术领域】
[0001]本发明涉及电流电压变压领域，特别涉及一种半导体光电电能转换器。
【背景技术】
[0002]在电力与电子系统中，变流与变压为常见且重要的环节。目前技术方案中，变压与变流无法同时进行，需要分割开来分别完成。具体地，
[0003]AC(交流)-AC变压:仅需实现变压功能，多通过主次线圈之间的电磁耦合实现能量的传递和变压，缺点是体积大，重量大，能量密度低，并且对交流电的频率有一定要求，频率越低则体积越大，效率越低，对于很低频的电流无法实现变压。而过高的频率则容易引起比较大的电磁损耗，因此电流频率只能限制在一个较窄的范围。
[0004]DC (直流)-DC变压:传统技术无法实现直流变压，最近有研究者利用功率半导体器件作为开关，利用电感电容作为储能元件，在驱动电路的控制下通过电路的原理实现DC-DC的电压变换，缺点是装置复杂，需要体积重量较大的无源元件，成本较高，电磁干扰及其引起的电磁兼容性问题比较严重。
[0005]AC-DC变流变压:需要先变压后变流，变压需要单独的变压的电路和器件，变流多是通过多个二极管构成的整流桥电路来实现的，整流桥电路只能实现变流功能，无法实现变压功能。
[0006]DC-AC变流变压:需要先变流后变压，变压需要单独的变压电路和器件，变流多是通过功率半导体器件做开关，结合滤波电路实现的，该部分也是只能实现变流功能，无法实现变压功能。
【发明内容】
[0007]本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是提出一系列结构简单、体积小、性能安全可靠的半导体光电电能转换器。
[0008]本发明提出一种半导体光电电能转换器，包括:AC输入模块,所述AC输入模块包括多个半导体电光转换结构，所述半导体电光转换结构包括电光转换层，所述AC输入模块用于将输入交流电能转换为光能;AC输出模块，所述AC输出模块包括多个半导体光电转换结构，所述半导体电光转换结构包括光电转换层，所述AC输出模块用于将所述光能转换为输出交流电能。
[0009]在本发明的一个实施例中，其中，所述半导体电光转换结构的发射光谱与所述半导体光电转换结构的吸收光谱之间频谱匹配。
[0010]在本发明的一个实施例中，所述AC输入模块包括:第一输入支路,所述第一输入支路工作在输入交流电流的正半周期，其中，所述第一输入支路包括M1个串联的所述半导体电光转换结构，其中，M1为正整数；以及第二输入支路，所述第二输入支路与所述第一输入支路并联，且所述第二输入支路工作在输入交流电流的负半周期，其中，所述第二输入支路包括M2个串联的所述半导体电光转换结构，其中，M2为正整数。[0011]在本发明的一个实施例中，所述AC输出模块包括:第一输出支路,所述第一输出支路与所述第一输入支路之间构成光学通路，且所述第一输出支路包括N1个串联的所述半导体光电转换结构，其中，N1为正整数；以及第二输出支路，所述第二输出支路与所述第一输出支路并联，且所述第一输出支路和第二输出支路的极性相反，所述第二输出支路与所述第二输入支路之间构成光学通路，且所述第二输出支路包括N2个串联的所述半导体光电转换结构，其中，N2为正整数。
[0012]本发明提出一种半导体光电电能转换器，包括:AC输入模块,所述AC输入模块包括多个半导体电光转换结构，所述半导体电光转换结构包括电光转换层，所述AC输入模块用于将输入交流电能转换为光能；DC输出模块，所述DC输出模块包括一个或多个半导体光电转换结构，所述半导体电光转换结构包括光电转换层，所述DC输出模块用于将所述光能转换为输出直流电能。在本发明的一个实施例中，其中，所述半导体电光转换结构的发射光谱与所述半导体光电转换结构的吸收光谱之间频谱匹配。
[0013]在本发明的一个实施例中，所述AC输入模块包括:第一输入支路,所述第一输入支路工作在输入交流电流的正半周期，其中，所述第一输入支路包括M1个串联的半导体电光转换结构，其中，M1为正整数；以及第二输入支路，所述第二输入支路与所述第一输入支路并联，且所述第二输入支路工作在输入交流电流的负半周期，其中，所述第二输入支路包括M2个串联的半导体电光转换结构，其中，M2为正整数。
[0014]在本发明的一个实施例中，所述DC输出模块包括:第一输出支路,所述第一输出支路与所述第一输入支路之间构成光学通路，且所述第一输出支路包括N1个串联的所述半导体光电转换结构，其中，N1为正整数；以及第二输出支路，所述第二输出支路与所述第一输出支路并联，并且所述第一输出支路和第二输出支路的极性相同，所述第二输出支路与所述第二输入支路之间构成光学通路，并且所述第二输出支路包括N2个串联的所述半导体光电转换结构，其中，N2为正整数。
[0015]本发明提出一种半导体光电电能转换器，包括:DC输入模块,所述DC输入模块包括多个半导体电光转换结构，所述半导体电光转换结构包括电光转换层，所述DC输入模块用于将输入直流电能转换为光能;AC输出模块，所述AC输出模块包括多个半导体光电转换结构，所述半导体电光转换结构包括光电转换层，所述AC输出模块用于将所述光能转换为输出交流电能。在本发明的一个实施例中，其中，所述半导体电光转换结构的发射光谱与所述半导体光电转换结构的吸收光谱之间频谱匹配。
[0016]在本发明的一个实施例中，所述DC输入模块包括:第一输入支路,所述第一输入支路包括M1个串联的半导体电光转换结构和第一控制开关，所述第一控制开关控制所述第一输入支路在输出交流电流的正半周期内导通，其中，M1为正整数；以及第二输入支路，所述第二输入支路与所述第一输入支路并联，所述第二输入支路包括M2个串联的半导体电光转换结构和第二控制开关，所述第二控制开关控制所述第二输入支路在输出交流电流的负半周期内导通，其中，M2为正整数。
[0017]在本发明的一个实施例中，所述AC输出模块包括:第一输出支路,在正半周期内所述第一输出支路与所述第一输入支路之间构成光学通路，且所述第一输出支路包括NI个串联的所述半导体光电转换结构，其中，N1为正整数；以及第二输出支路，所述第二输出支路与所述第一输出支路并联，所述第一输出支路和第二输出支路的极性相反，在负半周期内所述第二输出支路与所述第二输入支路之间构成光学通路，且所述第二输出支路包括N2个串联的所述半导体光电转换结构，其中，N2正整数。
[0018]本发明提出一种半导体光电电能转换器,包括:DC输入模块,所述DC输入模块包括M个半导体电光转换结构，所述半导体电光转换结构包括电光转换层，所述DC输入模块用于将输入直流电能转换为光能，其中，M为正整数；DC输出模块，所述DC输出模块包括N个半导体光电转换结构，所述半导体电光转换结构包括光电转换层，所述DC输出模块用于将所述光能转换为输出直流电能，其中，N为正整数。在本发明的一个实施例中，其中，所述半导体电光转换结构的发射光谱与所述半导体光电转换结构的吸收光谱之间频谱匹配。
[0019]在本发明的一个实施例中，所述半导体电光转换结构包括发光二极管、谐振发光二极管、激光二极管、量子点发光器件或有机发光器件。
[0020]在本发明的一个实施例中，所述半导体光电转换结构包括半导体光伏器件、量子点光伏器件或有机材料光伏器件。
[0021]在本发明的一个实施例中，所述电光转换层的材料为=AlGaInP，GaN, InGaN,InGaN, AlGaInN, ZnO, AlGaInAs, GaAs, InGaAs, InGaAsP, AlGaAs, AlGaInSb, InGaAsNSb 以及其它II1-V族，I1-VI族半导体材料，有机发光材料或量子点发光材料。
[0022]在本发明的一个实施例中，所述光电转换层的材料为:AlGaInP、InGaAs, InGaN、AlGaInN, InGaAsP，GaAs, GaSb, InGaP, InGaAs, InGaAsP，AlGaAs, AlGaP, InAlP, AlGaAsSb,InGaAsNSb,其它II1-V族直接禁带半导体材料及其组合，有机光伏材料或量子点光伏材料。
[0023]在本发明的一个实施例中，还包括:隔离层，所述半导体电光转换结构位于所述隔离层的一侧，所述半导体光电转换结构位于所述隔离层的另一侧，其中，所述隔离层为绝缘材料，所述半导体电光转换结构与半导体光电转换结构之间通过所述隔离层材料本身的绝缘特性进行隔离，或者，所述隔离层为半导体材料，所述半导体电光转换结构与所述隔离层之间，以及所述半导体光电转换结构与所述隔离层之间通过反偏PN结结构进行隔离。
[0024]在本发明的一个实施例中，还包括:衬底层，所述半导体电光转换结构与半导体光电转换结构位于所述衬底层的同一侧，所述衬底层具有反光结构，所述反光结构用于将所述半导体电光转换结构的发射光反射到所述半导体光电转换结构上，其中，所述衬底层为绝缘材料，所述半导体电光转换结构与半导体光电转换结构之间通过所述衬底层材料本身的绝缘特性进行隔离，或者，所述衬底层为半导体材料，所述半导体电光转换结构与所述衬底层之间，以及所述半导体光电转换结构与所述衬底层之间通过反偏PN结结构进行隔离。
[0025]在本发明的一个实施例中，还包括:光学陷阱，所述光学陷阱用于将光限制在所述半导体光电电能转换器内部，以防止光泄露引起的能量损失。
[0026]在本发明的一个实施例中，光线传播路径上的各层材料的折射系数匹配。
[0027]根据本发明的半导体光电电能转换器，具有体积小，重量轻，结构简单，可以同时实现交流变压的功能，安全可靠，使用寿命长，安装维护方便的优点。更具体地，本发明应用于AC-AC场合时，与现有技术相比，无频率限制，从极低频到极高频的电流都可以处理；对各种波形适应能力强，例如如方波、锯齿波、正弦波以及各种调制信号等都可以不失真的处理。本发明应用于DC-DC场合时，与现有技术相比，直接实现了直流电压的变换。本发明应用于AC-DC以及DC-AC场合时，与现有技术相比，变流的同时可以实现电压变换。[0028]本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0030]图1是本发明的第一实施例半导体光电电能转换器的工作原理图和结构示意图
[0031]图2是本发明的第二实施例半导体光电电能转换器的工作原理图和结构示意图
[0032]图3是本发明的第三实施例半导体光电电能转换器的工作原理图和结构示意图
[0033]图4是本发明的第四实施例半导体光电电能转换器的工作原理图和结构示意图
[0034]图5是本发明的具有隔离层的双面结构半导体光电电能转换器的结构示意图；
[0035]图6是本发明的具有衬底层的单面结构半导体光电电能转换器的结构示意图；
[0036]图7是本发明的具有光学陷阱的半导体光电电能转换器的结构示意图；
[0037]图8是本发明的第五实施例半导体光电电能转换器的结构示意图；
[0038]图9是本发明的第六实施例半导体光电电能转换器的结构示意图；以及
[0039]图10是本发明的第七实施例半导体光电电能转换器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0040]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0041]下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。
[0042]为使本领域技术人员更好地理解本发明，先对现有技术与本发明的原理进行阐述和对比。从物理原理上说，传统的交流变压器利用的是电磁感应原理，导体中的自由电子震荡产生电磁场作为能量传递介质，通过主次线圈之间的耦合传递能量，从而实现交流电压变换。本发明中的半导体光电电能转换器遵循的是量子力学原理，通过半导体材料中载流子在不同能级间的跃迁产生光子，利用光子作为能量传递介质，再在另外的半导体材料中激发产生载流子，从而实现电压电流的变换。因此，由于传递能量介质的不同，粒子(光子)特性取代波(电磁波)的特性在本发明的电能转换器器中成为基本的工作原理。
[0043]本发明中的半导体光电电能转换器的总体能量转换效率主要由三个因素决定:电光能量转换效率，光电能量转换效率，光能量损失。由于LED和光伏电池技术的发展，现在先进的半导体器件的电光转换效率和光电转换效率已经达到了很高的水平，例如AlGaInP材料制备的红光LED的内量子效率已经接近100%，GaN材料制备的蓝光LED内量子效率也已达到80%，而II1-V族光伏电池的内量子效率也已接近100%，因此光能量损失就成为了限制本发明直流变压器能量转换效率的主要因素，因此本发明中提出了三种技术来尽量减小光能量损失，提高能量转换效率，分别是:电光转换结构发射光谱与光电转换结构吸收光谱之间的频谱匹配以减少光子的非吸收损失和热损失，光线传播路径上的各个材料的折射系数匹配以减少全反射临界角损失和菲涅耳损失，光陷阱以减少光线泄露引起的能量损失。这些在下文中有具体的说明。
[0044]下面参考图1来介绍本发明的第一实施例半导体光电电能转换器，该半导体光电电能转换器用于交流/交流变压的情况。
[0045]如图1(a)所示，本发明提出一种半导体光电电能转换器，包括AC输入模块和AC输出模块。其中，AC输入模块包括多个半导体电光转换结构1，半导体电光转换结构I包括电光转换层，该AC输入模块用于将输入交流电能转换为光能;AC输出模块包括多个半导体光电转换结构2，半导体电光转换结构2包括光电转换层，该AC输出模块用于将光能转换为输出交流电能。在本发明的实施例中，半导体电光转换结构I的发射光谱与半导体光电转换结构2的吸收光谱之间频谱匹配。
[0046]具体地，AC输入模块包括:相互并联的第一输入支路AA’和第二输入支路BB’。其中，第一输入支路AA’工作在正半周期，第一输入支路AA’包括M1个串联的所述半导体电光转换结构1，其中，M1为正整数。第二输入支路BB’工作在负半周期，第二输入支路BB’包括M2个串联的所述半导体电光转换结构1，其中，M2为正整数。优选地,M1 = M2。在本发明的优选实施例中，半导体电光转换结构I和半导体光电转换结构2为多个，在本发明的其他实施例中，半导体电光转换结构I和半导体光电转换结构2也可为一个。并且，在本发明的优选实施例中，多个半导体电光转换结构I和多个半导体光电转换结构2为相互串联,而在本发明的其他实施例中，多个半导体电光转换结构I和多个半导体光电转换结构2也可为相互并联，或者相互串并联。在以下的实施例中也是同样的，因此之后不再赘述。
[0047]具体地，AC输出模块包括:相互并联的第一输出支路CC’和第二输出支路DD’，并且第一输出支路Ce’和第二输出支路DD’的极性相反。其中，第一输出支路CC’与第一输入支路AA’之间构成光学通路，且第一输出支路CC’包括N1个串联的半导体光电转换结构2，其中，N1为正整数。第二输出支路DD ’与第二输入支路BB ’之间构成光学通路，且第二输出支路DD’包括N2个串联的半导体光电转换结构2，其中，N2为正整数。优选地，N1 = N2。
[0048]图1(b)进一步示出了本发明的第一实施例半导体光电电能转换器的内部结构，特别是揭示了各部分之间的相对位置和相互连接关系。如图所示，该半导体光电电能转换器中，两个半导体电光转换结构I串联构成第一输入支路，另外两个半导体电光转换结构I串联构成第二输入支路，第一输入支路与第二输入支路互相并联进而构成AC输入模块。四个半导体光电转换结构2构成第一输出支路，另外四个半导体光电转换结构2构成第二输出支路，第一输出支路与第二输出支路互相并联进而构成AC输出模块。需要说明的是，图1 (b)中的Mp M2取值为2，N1, N2取值为4，但该数值仅仅是作为示例的方便，而非本发明的限定。图1(b)中的连线方式可以在不改变原理的前提下根据实际情况作适应性修改。还包括了隔离层3，有关隔离层3的阐述在后文中再做详细介绍。
[0049]在上述的半导体光电电能转换器中，假设在AC输入模块的每个半导体电光转换结构I上输入直流电压V1,以在半导体电光转换结构I中注入载流子复合产生光子，光子传输至半导体光电转换结构2，激发产生不同的载流子，并通过内建电场分离，每个半导体光电转换结构2上输出直流电压V2,从而利用光波实现能量传输。在该能量传输过程中，一方面，V1和V2的数值取决于半导体电光转换结构I和半导体光电转换结构2的材料特性参数，如材料种类、应变特性、禁带宽度、掺杂浓度等，故通过调节相应的特性参数以实现能量转换效率最优化；另一方面，利用二者的数目比例实现变压。例如，图1(b)所示的实施例，输出总电压/输入总电压=2 (V2A1)0本发明的其他半导体光电电能转换器的也可根据同样原理计算输出总电压/输入总电压，后文不再赘述。
[0050]下面参考图2来介绍本发明的第二实施例半导体光电电能转换器，该半导体光电电能转换器用于交流/直流变流变压的情况。
[0051]如图2(a)所示，本发明提出一种半导体光电电能转换器，包括:AC输入模块和DC输出模块。其中，AC输入模块包括多个半导体电光转换结构1，半导体电光转换结构I包括电光转换层，该AC输入模块用于将输入交流电能转换为光能；DC输出模块包括一个或多个半导体光电转换结构2，半导体电光转换结构2包括光电转换层，该DC输出模块用于将光能转换为输出直流电能。在本发明的实施例中，半导体电光转换结构I的发射光谱与半导体光电转换结构2的吸收光谱之间频谱匹配。在本发明的一个实施例中，半导体电光转换结构可为多个，半导体光电转换结构可为一个；在本发明的另一个实施例中，半导体电光转换结构及半导体光电转换结构可均为多个。在以下的实施例中，将以多个半导体电光转换结构及半导体光电转换结构为例进行描述，但需要说明的是以下实施例仅是示意性地，并不是对本发明的限制。
[0052]具体地，AC输入模块包括:相互并联的第一输入支路AA’和第二输入支路BB’。其中，第一输入支路AA’工作在正半周期，第一输入支路AA’包括M1个串联的半导体电光转换结构I，其中，M1为正整数。第二输入支路BB’工作在负半周期，第二输入支路BB’包括M2个串联的半导体电光转换结构1，其中，M2为正整数。优选地,M1 = M2。
[0053]具体地，DC输出模块包括:相互并联的第一输出支路CC’和第二输出支路DD’，并且第一输出支路Ce’和第二输出支路DD’的极性相同。其中，第一输出支路CC’与第一输入支路AA’之间构成光学通路，且第一输出支路CC’包括N1个串联的半导体光电转换结构2，其中，N1为正整数。第二输出支路DD ’与第二输入支路BB ’之间构成光学通路，且第二输出支路DD’包括N2个串联的半导体光电转换结构2，其中，N2为正整数。优选地，NI =N2。
[0054]需要说明的是，输出支路可以为仅有一个支路，该支路与第一、第二输入支路组成光学通路，还可以是两个支路相并联，这两个支路分别与第一、第二输入支路组成光学通路。但在后一种情况之中，为防止出现“一个输出支路工作、提供电压，另一个输出支路不工作、成为负载”的回路现象，需要在每个输出支路中串联一个用于防止逆流的二极管。
[0055]图2(b)进一步示出了本发明的第二实施例半导体光电电能转换器的内部结构，特别是揭示了各部分之间的相对位置和相互连接关系。如图所示，该半导体光电电能转换器中，四个半导体电光转换结构I构成第一输入支路和第二输入支路，进而构成AC输入模块。八个半导体光电转换结构2构成输出支路，进而构成DC输出模块。图2(b)中还包括了隔离层3，有关隔离层3的阐述在后文中再做详细介绍。需要说明的是，图2(b)中的半导体电光/光电转换结构的数目，以及其间的连接方式仅是出于示例的方便，而非本发明的限定。
[0056]下面参考图3来介绍本发明的第三实施例半导体光电电能转换器，该半导体光电电能转换器用于直流/交流变流变压的情况。
[0057]如图3(a)所示，本发明提出一种半导体光电电能转换器，包括:DC输入模块和AC输出模块。其中，DC输入模块包括多个半导体电光转换结构1，半导体电光转换结构I包括电光转换层，该DC输入模块用于将输入直流电能转换为光能;AC输出模块包括多个半导体光电转换结构2，半导体电光转换结构2包括光电转换层，该AC输出模块用于将光能转换为输出交流电能。在本发明的实施例中，半导体电光转换结构I的发射光谱与半导体光电转换结构2的吸收光谱之间频谱匹配。
[0058]具体地，DC输入模块包括:相互并联的第一输入支路AA’和第二输入支路BB’，并且第一输出支路Ce’和第二输出支路DD’的极性相反。其中，第一输入支路AA’包括札个串联的半导体电光转换结构I和第一控制开关Kl，第一控制开关Kl控制第一输入支路AA’在正半周期内导通，其中，M1为正整数。第二输入支路包括M2个串联的半导体电光转换结构I和第二控制开关K2，第二控制开关K2控制第二输入支路BB’在负半周期内导通，其中，M2为正整数。优选地，M1 = M2。
[0059]具体地，AC输出模块包括:相互并联的第一输出支路CC’和第二输出支路DD’。其中第一输出支路Ce’，在正半周期内第一输出支路CC’与第一输入支路AA’之间构成光学通路，且第一输出支路CC’包括N1个串联的半导体光电转换结构2，其中，N1为正整数。第二输出支路DD’，在负半周期内第二输出支路DD’与第二输入支路BB’之间构成光学通路，且第二输出支路DD’包括N2个串联的半导体光电转换结构2，其中，N2为正整数。优选地，N1
[0060]图3(b)进一步示出了本发明的第三实施例半导体光电电能转换器的内部结构，特别是揭示了各部分之间的相对位置和相互连接关系。如图所示，该半导体光电电能转换器中，四个半导体电光转换结构I和控制开关K1、K2构成第一输入支路和第二输入支路,进而构成DC输入模块。八个半导体光电转换结构2构成第一输出支路和第二输出支路,进而构成AC输出模块。图3(b)中还包括了隔离层3，有关隔离层3的阐述在后文中再做详细介绍。需要说明的是，图3(b)中的半导体电光/光电转换结构的数目，以及期间的连接方式仅是出于示例的方便，而非本发明的限定。
[0061]下面参考图4来介绍本发明的第四实施例半导体光电电能转换器，该半导体光电电能转换器用于直流/直流变压的情况。
[0062]如图4(a)所不,本发明提出一种半导体光电电能转换器,包括:DC输入模块和DC输出模块。其中，DC输入模块包括M个半导体电光转换结构1，半导体电光转换结构I包括电光转换层，该DC输入模块用于将输入直流电能转换为光能，其中，M为正整数。DC输出模块包括N个半导体光电转换结构2，半导体电光转换结构2包括光电转换层，该DC输出模块用于将光能转换为输出直流电能，其中，M为正整数。在本发明的实施例中，半导体电光转换结构I的发射光谱与半导体光电转换结构2的吸收光谱之间频谱匹配。在本发明的一个实施例中，半导体电光转换结构可为一个，半导体光电转换结构可为多个；在本发明的另一个实施例中，半导体电光转换结构可为多个，半导体光电转换结构可为一个；在本发明的再一个实施例中，半导体电光转换结构及半导体光电转换结构可为均为多个。在以下的实施例中，将以多个半导体电光转换结构及半导体光电转换结构为例进行描述，但需要说明的是以下实施例仅是示意性地，并不是对本发明的限制。[0063]图4(b)进一步示出了本发明的第四实施例半导体光电电能转换器的内部结构，特别是揭示了各部分之间的相对位置和相互连接关系。如图所示，该半导体光电电能转换器中，四个半导体电光转换结构I构成DC输入模块。八个半导体光电转换结构2构成DC输出模块。图4(b)中还包括了隔离层3，有关隔离层3的阐述在后文中再做详细介绍。需要说明的是，图4(b)中的半导体电光/光电转换结构的数目，以及期间的连接方式仅是出于示例的方便，而非本发明的限定。
[0064]上述四个实施例的半导体光电电能转换器中，主要差异在于半导体电光转换结构I与半导体光电转换结构2之间的连接细节有所不同，并无本质差异。根据本发明的半导体光电电能转换器还具有如下技术特征。
[0065]根据本发明的半导体光电电能转换器，其半导体电光转换结构I包括发光二极管、谐振发光二极管、激光二极管、量子点发光器件或有机发光器件。半导体电光转换结构I中的电光转换层的材料可为=AlGaInP，GaN, InGaN, InGaN, AlGaInN, ZnO, AlGaInAs, GaAs,InGaAs, InGaAsP, AlGaAs, AlGaInSb, InGaAsNSb 以及其它 III 族氮系化合物、III 族砷系或磷系化合物半导体材料及其组合，有机发光材料或量子点发光材料。
[0066]根据本发明的半导体光电电能转换器，其半导体光电转换结构2包括半导体光伏器件、量子点光伏器件或有机材料光伏器件。半导体光电转换结构2中的光电转换层的材料可为:AlGaInP、InGaAs> InGaN、AlGaInN, InGaAsP, GaAs, GaSb, InGaP, InGaAs, InGaAsP,AlGaAs, AlGaP, InAlP，AlGaAsSb，InGaAsNSb，其它II1-V族直接禁带半导体材料及其组合，有机光伏材料或量子点光伏材料。
[0067]需要指出的是，光电转换层的吸收光谱与所述电光转换层的发射光谱之间频谱匹配，即电光转换层发出的光线要与光电转换层光电转换效率最优化的光线特性匹配，以使器件的电光-光电能量转换效率较高，转换过程中光子的能损较少。具体地:电光转换层的发射光可以是与光电转换层的吸收效率最大处一致对应的单色光，也可能为其他频率的、能使光电转换层发生光伏效应的量子效率大于I的特定频率光线，一种优化的情况是电光转换层发射的光子能量的大小既能确保光子可以被光电转换层吸收，又不会由于光子能量过高导致多余能量作为热损失掉，一种可能的理想状况是电光转换层与光电转换层有源材料的禁带宽度一致，从而既能确保光线吸收又不会引起剩余光子能量的损失。需要说明的是，在本发明的实施例中单色光具有一定的光谱宽度，例如，对于红光LED来说具有20nm左右的光谱宽度，而非限定某个具体的频率点，此为公知技术，在此不再赘述。
[0068]根据本发明的半导体光电电能转换器，可以为图5所示的具有隔离层3的双面结构半导体光电电能转换器，其中，半导体电光转换结构I与半导体光电转换结构2分别位于隔离层3的两侧。隔离层3对电光转换层的发射光透明，所谓透明是指隔离层材料的禁带宽度大于光子的能量，这样能够保证不会引起能带跃迁，导致作为能量载体的光子的损耗。隔离层3用于半导体电光转换结构I与半导体光电转换结构2之间的电气隔离。隔离原理可以是利用材料本身的绝缘特性进行隔离，还可以通过在电光转换结构21、光电转换结构22之间设置反偏PN结结构进行隔离。在本发明的一些实施例中，隔离层3可以为绝缘材料，例如固态透明绝缘介质的 Al2O3, AIN, SiO2, MgO, Si3N4, BN,金刚石，LiAlO2, LiGaO2, GaAs, SiC,TiO2, ZrO2, SrTiO3, Ga2O3, ZnS, SiC, MgAl2O4, LiNbO3, LiTaO3，钇铝石榴石(YAG)晶体，KNbO3,LiF, MgF2, BaF2, GaF2, LaF3, BeO, GaP, GaN以及稀土氧化物REO中的一种及其组合，也可以为填充在壳体中的液态透明绝缘介质的纯水，CCl4, CS2，或者SF6等气态透明绝缘介质。在本发明的另一些实施例中，隔离层3可以为半导体材料，例如GaP，GaAs, InP, GaN, Si，Ge,GaSb以及其它对工作光线透明的半导体材料，通过对隔离层3进行掺杂、注入等工艺，以在电光转换结构I与隔离层3之间，以及光电转换结构2与隔离层3之间形成PN结，然后将PN结置于反偏状态以禁止导通电流的出现，从而实现电气隔离。
[0069]根据本发明的半导体光电电能转换器，还可以为图6所示的具有衬底层3的单面结构半导体光电电能转换器，其中，半导体电光转换结构I与半导体光电转换结构2位于衬底层3的同侧，以及衬底层3中具有反光结构31。衬底层3对电光转换层的发射光透明，所谓透明是指隔离层材料的禁带宽度大于光子的能量，这样能够保证不会引起能带跃迁，导致作为能量载体的光子的损耗。反光结构31能使电光转换层的发射光改变传播方向而转向光电转换层，实现能量传递。衬底层3除支撑作用之外还用于半导体电光转换结构I与半导体光电转换结构2之间的电气隔离。隔离原理可以是利用材料本身的绝缘特性进行隔离，还可以通过在电光转换结构21、光电转换结构22之间设置反偏PN结结构进行隔离。在本发明的一些实施例中，衬底层3可以为绝缘材料，例如固态透明绝缘介质的Al2O3, A1N，SiO2, MgO, Si3N4, BN,金刚石，LiAlO2, LiGaO2, GaAs, SiC, TiO2, ZrO2, SrTiO3, Ga2O3, ZnS, SiC,MgAl2O4, LiNb03, LiTaO3,钇铝石榴石(YAG)晶体，KNbO3, LiF, MgF2, BaF2, GaF2, LaF3, BeO,GaP, GaN以及稀土氧化物REO中的一种及其组合，也可以为填充在壳体中的液态透明绝缘介质的纯水，CCl4, CS2或者SF6等气态透明绝缘介质。在本发明的另一些实施例中，衬底层3可以为半导体材料，例如GaP，GaAs, InP, GaN, Si，Ge，GaSb以及其它对工作光线透明的半导体材料，通过对衬底层3进行掺杂、注入等工艺，以在电光转换结构I与衬底层3之间，以及光电转换结构2与衬底层3之间形成PN结，然后将PN结置于反偏状态以禁止导通电流的出现，从而实现电气隔离。
[0070]根据本发明的半导体光电电能转换器，优选地，还可以包括光学陷阱，该光学陷阱用于将工作光线限制在半导体光电电能转换器内部，特别是限制在实现能量转换过程的电光转换层和光电转换层之间，防止漏光带来的光能量损失，提高能量转换效率。图7示出了一种具有光学陷阱的半导体光电电能转换器，其中光学陷阱4可为反光材料层，用于将光线限制在半导体变压内部。
[0071]根据本发明的半导体光电电能转换器，优选地，光线传播路径上的各层材料的折射系数匹配。换言之，半导体电光转换结构1、隔离层(衬底层)3以及半导体光电转换结构2的折射率满足匹配条件。所谓匹配是指三者的折射系数类似，或者三者的折射系数沿着光路传播的方向各层材料的折射系数逐渐递增，这样可有效避免光传播过程中在各层界面处发生全反射现象，获得良好的光电能量转换效率。
[0072]为使本发明的半导体光电电能转换器更好地被本领域技术人员理解，发明人将本发明中的半导体电光转换结构和半导体光电转换结构进一步划分为多个层次进行详细介绍。需要说明的是，下文对本发明的阐述侧重于各层次的材料及用途，为简便起见，设定半导体光电变压器为双面结构，半导体电光转换结构和半导体光电转换结构的数目均为一个。
[0073]图8所示为根据本发明第五实施例的半导体光电电能转换器的结构示意图。该半导体光电电能转换器包括:第一电极层100 ;形成在第一电极层100之上的电光转换层102 ;形成在电光转换层102之上的第二电极层104 ;形成在第二电极层104之上的第一隔离层106 ;形成在第一隔离层106之上的第三电极层108 ;形成在第三电极层108之上的光电转换层110 ;以及形成在光电转换层110之上的第四电极层112。
[0074]其中，电光转换层102用以将输入的直流电转换为光，发出所需要的波长范围的工作光线。工作光线包括从IOOnm的紫外光到IOum的红外光的整个光谱范围中的一个或多个波段的组合，优选为单频率的光线，例如620nm的红光、460nm的蓝光、380nm的紫光，以有利于运用成熟的现有技术制造电光转换层。例如电光转换层102可以采用具有高量子效率、高电光转换效率的结构和材料。具体地，可以为LED结构或激光器结构，一般包括有源层，限制层，电流分散层，P型和N型接触等结构，其中有源层可以为多量子阱结构，激光器结构的电光转换层还包括谐振腔，LED结构包括谐振LED结构。电光转换层102的材料选择基于材料自身特性(如缺陷密度、能带结构等)和所需要的光波特性(如波长范围)，例如可以采用红黄光的AlGaInP,紫外的GaN和InGaN、蓝紫光的InGaN和AlGaInN、ZnO、红光或红外光的AlGaInAs、GaAS、InGaAs,以及其它III族氮系化合物、III族As系或磷系化合物半导体材料及其组合，其中缺陷密度低、光转换效率高的材料(如AlGalnP、InGaN, GaN)为优选。
[0075]其中，光电转换层110用以将光转换为电以实现变压。光电转换层110的材料包括 AlGalnP，InGaAs, InGaN, AlGaInN, InGaAsP, InGaP,以及其它 II1-V 族直接禁带半导体材料及其组合。电光转换层102—般可以选用直接禁带半导体材料，其能带结构和光电转换层110的能带结构相匹配以使电光转换层102发出的工作光线的波段与光电转换层110吸收效率最高的波段相匹配，以达到最高的能量转换效率。
[0076]其中，第一隔离层106、第二电极层104和第三电极层108对电光转换层102发出的工作光线透明。在本发明实施例中，第二电极层104、第一隔离层106和第三电极层108材料的禁带宽度大于电光转换层102发出的工作光线的光子能量，以防止第二电极层104、隔离106层和第三电极层108对所述工作光线的吸收，提高能量转换效率。
[0077]此外，第一隔离层106、第二电极层104和第三电极层108的材料折射系数与电光转换层102和光电转换层110的材料折射系数匹配，以避免光传播过程中在界面处发生全反射。由于当且仅当光线从折射系数较大的材料进入折射系数较小的材料时发生全反射，故在本发明一个优选的实施例中，第二电极层104、第一隔离层106、第三电极层108和光电转换层110的材料折射系数相同，以避免光从电光转换层102传输至光电转换层110时在各界面处发生全发射；在本发明一个更优选的实施例中，第二电极层104、第一隔离层106、第三电极层108和光电转换层110的材料折射系数梯次增加。所述“梯次增加”的含义是:每个所述层的材料折射系数不小于其前一个所述层的材料折射系数，即某些所述层的材料折射系数可以与其前一个所述层相同，但所述各层的材料折射系数整体呈递增趋势；在本发明一个更优选的实施例中，第二电极层104、第一隔离层106、第三电极层108和光电转换层110的材料折射系数逐渐增加。通过上述更优选的实施例，一方面避免光从电光转化层102向光电转换层110方向传输时(包括电光转换层102产生的光以及所述各电极层和各反射层反射的光)发生全反射，以提高光的传输效率；另一方面促使光从光电转换层Iio向电光转换层102方向传输时(主要包括光电转换层110的第三和第四电极以及第二反射层反射的光)发生全发射，以将更多的光限制在光电转化层Iio中，从而提高光转换为电的效率。
[0078]另外，本发明还可以采用在不同材料层的界面处通过粗糙化或规则的图形如光子晶体结构等来减低全反射。故在本发明优选的实施例中，电光转换层102、第二电极层104、第一隔离层106、第三电极层108和光电转换层110中的至少一个具有粗糙化表面或光子晶体结构，以增大光透射率，降低光的全反射。
[0079]第一隔离层106用于实现电光转换层102和光电转换层110的电气隔离，使输入电压和输出电压不相互影响，同时对工作光线透明，使携带能量的光线能够从光电转换层102传输到电光转换层110，实现能量的传输，最终实现电压变换。第一隔离层106的厚度取决于输入输出的电压的大小以及绝缘要求，第一隔离层越厚，绝缘效果越好，能承受的击穿电压越高，但同时对光的衰减可能越大，因此绝缘层厚度的确定原则为:在满足绝缘要求下越薄越好。基于上述要求，在本发明实施例中，第一隔离层106的材料优选为Al2O3,A1N，SiO2, MgO, Si3N4, BN,金刚石，LiAlO2, LiGaO2,半绝缘的 GaAs, SiC 或 GaP，GaN 中的一种及其组合，以及稀土氧化物REO及其组合。第二电极层104和第三电极层108的材料可以为重掺杂的GaAs、GaN、GaP，AlGaInP、AlGaInN、AlGaInAs，或者导电透明金属氧化物材料ITO(铟锡氧化物)、SnO2、ZnO及其组合等。
[0080]在本发明一个优选的实施例中，第一电极层100和电光转换层102之间还包括第一反射层101，第四电极层112和光电转换层110之间还包括第二反射层111，如图8所示。所述第一和第二反射层将光限制在电光转换层102和光电转换层110之间来回反射，以防止光泄露，提高光的能量转换效率。反射层的材料需要满足对工作光线反射效率高、材料性能稳定、界面接触电阻低、导电性好等要求。具体可以通过以下两种方式实现:一种是布拉格反射镜结构，利用多层折射率不同的材料层实现反射，比如采用两种不同折射率的材料(例如折射率相差的0.6的GaAs和AlAs，折射率相差2.2的Si和稀土氧化物RE0)制成多层结构以实现反射；一种是金属全反射镜结构，可以直接淀积高导电率和导热率的金属实现反射，例如Ag、Au、Cu、N1、Al、Sn、Co、W及其组合等。由于与反射层相接触的背电极层(即第一电极层100和第四电极层112)的厚度较厚，故反射层采用金属全反射镜结构同时兼具散热的功能，可以将变压器内部产生的热量传导出来。
[0081]其中，第一电极层100和第四电极层112用作引出电极以输入输出电流，由于不需要对工作光线透明，故可以采用金属、合金、陶瓷、玻璃、塑料、导电氧化物等材料形成单层和/或多层复合结构，其中优选为低电阻率的金属，例如Cu。优选地，可以通过增加金属电极层的厚度以降低电阻，同时起到热沉的作用以散热。
[0082]需指出的是，由于该半导体光电电能转换器的输入阈值电压和输出电压决定于光电转换层和电光转换层的材料特性参数，如禁带宽度、掺杂浓度等，故通过调节相应的特性参数以实现变压。进一步地，可以根据实际需要，通过调整电光转换层102和光电转换层110的数目比以提高变压幅度，实现预期变压，例如，如图9所示，半导体光电电能转换器包括一个电光转换层102和两个光电转换层IlOA和110B，该结构相对于包含相同单个电光转换层和单个光电转换层的半导体光电电能转换器，增加了垂直结构的变压，故变压比更大。
[0083]在本发明的一个实施例中，将第一电极层100、形成在第一电极层100之上的电光转换层102、以及形成在电光转换层102之上的第二电极层104作为一个电光转换结构；同理将第三电极层108、形成在第三电极层108之上的光电转换层110、以及形成在光电转换层110之上的第四电极层112作为一个光电转换结构。该半导体直流光电变压器还可以在垂直方向上包括多层交替堆叠的电光转换结构和光电转换结构。每相邻的电光转换结构和光电转换结构之间包括隔离层，以进一步提高直流电压变压比。其中，多个电光转换结构(或多个光电转换结构)相互串联，每个电光转换结构(或每个光电转换结构)的结构可以参考上述实施例所述的结构。图10所不为在垂直方向上具有两个电光转换结构和一个光电转换结构的半导体直流光电变压器结构示意图，其中，电光转换结构和光电转换结构之间分别包括第一隔离层106和第二隔离层107。需指出的是，在该结构中，除首个和末个电光(或光电)转换结构之外，中间每个电光转换结构和光电转换结构的第一电极层和第四电极层不能选用金属电极，而选用与第二和第三电极层相同的重掺杂的半导体材料GaAs、GaN、GaP, AlGalnP、AlGaInN, AlGaInAs,或者导电透明金属氧化物材料ITO、SnO2, ZnO及其组合，从而有利于光线传播。
[0084]本发明提供一种半导体光电电能转换器，通过在半导体光电电能转换器的输入端设置电光转换层，利用半导体电子能级间跃迁产生的光辐射，将直流电转换为光进行传输，在输出端设置光电转换层以将光转化为电能输出，由于输入端与输出端单位单兀的电压分别取决于电光转换层和光电转换层材料的特性参数及数目，故该变压器可直接实现直流电压的变压，而通过连接方式的改变，可以进一步实现交流到直流变流变压，直流到交流变流变压，以及交流变压。
[0085]根据本发明的半导体光电电能转换器，具有体积小，重量轻，结构简单，可以同时实现变流变压的功能，安全可靠，使用寿命长，安装维护方便的优点。更具体地，本发明应用于AC-AC场合时，与现有技术相比，无频率限制，从极低频到极高频的电流都可以处理；对各种波形适应能力强，如方波、锯齿波、正弦波以及各种调制信号等都可以不失真的处理。本发明应用于DC-DC场合时，与现有技术相比，直接实现了直流电压的变换。本发明应用于AC-DC以及DC-AC场合时，与现有技术相比，变流的同时可以实现电压变换。
[0086]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
【权利要求】
1.一种半导体光电电能转换器,其特征在于,包括:AC输入模块，所述AC输入模块包括多个半导体电光转换结构，所述半导体电光转换结构包括电光转换层，所述AC输入模块用于将输入交流电能转换为光能；AC输出模块，所述AC输出模块包括多个半导体光电转换结构，所述半导体电光转换结构包括光电转换层，所述AC输出模块用于将所述光能转换为输出交流电能。
2.如权利要求1所述的半导体光电电能转换器，其特征在于，其中，所述半导体电光转换结构的发射光谱与所述半导体光电转换结构的吸收光谱之间频谱匹配。
3.如权利要求1或2所述的半导体光电电能转换器，其特征在于，所述AC输入模块包括:第一输入支路，所述第一输入支路工作在输入交流电流的正半周期，其中，所述第一输入支路包括M1个串联的所述半导体电光转换结构，其中，M1为正整数；以及第二输入支路，所述第二输入支路与所述第一输入支路并联，且所述第二输入支路工作在输入交流电流的负半周期，其中，所述第二输入支路包括M2个串联的所述半导体电光转换结构，其中，M2为正整数。
4.如权利要求3所述的半导体光电电能转换器，其特征在于，所述AC输出模块包括:第一输出支路，所述第一输出支路与所述第一输入支路之间构成光学通路，且所述第一输出支路包括N1个串联的所述半导体光电转换结构，其中，N1为正整数；以及第二输出支路，所述第二输出支路与所述第一输出支路并联，且所述第一输出支路和第二输出支路的极性相反，所述第二输出支路与所述第二输入支路之间构成光学通路，且所述第二输出支路包括N2 个串联的所述半导体光电转换结构，其中，N2为正整数。
5.—种半导体光电电能转换器,其特征在于,包括:AC输入模块，所述AC输入模块包括多个半导体电光转换结构，所述半导体电光转换结构包括电光转换层，所述AC输入模块用于将输入交流电能转换为光能；DC输出模块，所述DC输出模块包括一个或多个半导体光电转换结构，所述半导体电光转换结构包括光电转换层，所述DC输出模块用于将所述光能转换为输出直流电能。
6.如权利要求5所述的半导体光电电能转换器，其特征在于，其中，所述半导体电光转换结构的发射光谱与所述半导体光电转换结构的吸收光谱之间频谱匹配。
7.如权利要求5或6所述的半导体光电电能转换器,其特征在于,所述AC输入模块包括:第一输入支路，所述第一输入支路工作在输入交流电流的正半周期，其中，所述第一输入支路包括M1个串联的半导体电光转换结构，其中，M1为正整数；以及第二输入支路，所述第二输入支路与所述第一输入支路并联，且所述第二输入支路工作在输入交流电流的负半周期，其中，所述第二输入支路包括M2个串联的半导体电光转换结构，其中，M2为正整数。
8.如权利要求7所述的半导体光电电能转换器,其特征在于,所述DC输出模块包括:第一输出支路，所述第一输出支路与所述第一输入支路之间构成光学通路，且所述第一输出支路包括N1个串联的所述半导体光电转换结构，其中，N1为正整数；以及第二输出支路，所述第二输出支路与所述第一输出支路并联，并且所述第一输出支路和第二输出支路的极性相同，所述第二输出支路与所述第二输入支路之间构成光学通路，并且所述第二输出支路包括N2个串联的所述半导体光电转换结构，其中，N2为正整数。
9.一种半导体光电电能转换器，其特征在于，包括:DC输入模块，所述DC输入模块包括多个半导体电光转换结构，所述半导体电光转换结构包括电光转换层，所述DC输入模块用于将输入直流电能转换为光能；AC输出模块，所述AC输出模块包括多个半导体光电转换结构，所述半导体电光转换结构包括光电转换层，所述AC输出模块用于将所述光能转换为输出交流电能。
10.如权利要求9所述的半导体光电电能转换器，其特征在于，其中，所述半导体电光转换结构的发射光谱与所述半导体光电转换结构的吸收光谱之间频谱匹配。
11.如权利要求9或10所述的半导体光电电能转换器，其特征在于，所述DC输入模块包括:第一输入支路，所述第一输入支路包括M1个串联的半导体电光转换结构和第一控制开关，所述第一控制开关控制所述第一输入支路在输出交流电流的正半周期内导通，其中，M1为正整数；以及第二输入支路， 所述第二输入支路与所述第一输入支路并联，所述第二输入支路包括M2个串联的半导体电光转换结构和第二控制开关，所述第二控制开关控制所述第二输入支路在输出交流电流的负半周期内导通，其中，M2为正整数。
12.如权利要求11所述的半导体光电电能转换器，其特征在于，所述AC输出模块包括:第一输出支路，在正半周期内所述第一输出支路与所述第一输入支路之间构成光学通路，且所述第一输出支路包括NI个串联的所述半导体光电转换结构，其中，N1为正整数；以及第二输出支路，所述第二输出支路与所述第一输出支路并联，所述第一输出支路和第二输出支路的极性相反，在负半周期内所述第二输出支路与所述第二输入支路之间构成光学通路，且所述第二输出支路包括N2个串联的所述半导体光电转换结构，其中，N2正整数。
13.—种半导体光电电能转换器,其特征在于,包括:DC输入模块，所述DC输入模块包括M个半导体电光转换结构，所述半导体电光转换结构包括电光转换层，所述DC输入模块用于将输入直流电能转换为光能，其中，M为正整数；DC输出模块，所述DC输出模块包括N个半导体光电转换结构，所述半导体电光转换结构包括光电转换层，所述DC输出模块用于将所述光能转换为输出直流电能，其中，N为正整数。
14.如权利要求13所述的半导体光电电能转换器，其特征在于，其中，所述半导体电光转换结构的发射光谱与所述半导体光电转换结构的吸收光谱之间频谱匹配。
15.如权利要求1-14中任一项所述的半导体光电电能转换器，其特征在于，所述半导体电光转换结构包括发光二极管、谐振发光二极管、激光二极管、量子点发光器件或有机发光器件。
16.如权利要求1-14中任一项所述的半导体光电电能转换器，其特征在于，所述半导体光电转换结构包括半导体光伏器件、量子点光伏器件或有机材料光伏器件。
17.如权利要求1-14中任一项所述的半导体光电电能转换器，其特征在于，所述电光转换层的材料为:AlGaInP, GaN, InGaN, InGaN, AlGaInN, ZnO, AlGaInAs, GaAs, InGaAs,InGaAsP，AlGaAs, AlGaIn Sb, InGaAsNSb 以及其它 II1-V 族，I1-VI 族半导体材料，有机发光材料或量子点发光材料。
18.如权利要求1-14中任一项所述的半导体光电电能转换器，其特征在于，所述光电转换层的材料为:AlGaInP、InGaAs> InGaN、AlGaInN, InGaAsP, GaAs, GaSb, InGaP, InGaAs,InGaAsP, AlGaAs, AlGaP, InAlP, AlGaAsSb, InGaAsNSb，其它 II1-V 族直接禁带半导体材料及其组合，有机光伏材料或量子点光伏材料。
19.如权利要求1-14中任一项所述的半导体光电电能转换器，其特征在于，还包括:隔离层，所述半导体电光转换结构位于所述隔离层的一侧，所述半导体光电转换结构位于所述隔离层的另一侧，其中，所述隔离层为绝缘材料，所述半导体电光转换结构与半导体光电转换结构之间通过所述隔离层材料本身的绝缘特性进行隔离，或者，所述隔离层为半导体材料，所述半导体电光转换结构与所述隔离层之间，以及所述半导体光电转换结构与所述隔离层之间通过反偏PN结结构进行隔离。
20.如权利要求1-14中任一项所述的半导体光电电能转换器，其特征在于，还包括:衬底层，所述半导体电光转换结构与半导体光电转换结构位于所述衬底层的同一侧，所述衬底层具有反光结构，所述反光结构用于将所述半导体电光转换结构的发射光反射到所述半导体光电转换结构上，其中，所述衬底层为绝缘材料，所述半导体电光转换结构与半导体光电转换结构之间通过所述衬底层材料本身的绝缘特性进行隔离，或者，所述衬底层为半导体材料，所述半导体电光转换结构与所述衬底层之间，以及所述半导体光电转换结构与所述衬底层之间通过反偏PN结结构进行隔离。
21.如权利要求1-14中 任一项所述的半导体光电电能转换器，其特征在于，还包括:光学陷阱，所述光学陷阱用于将光限制在所述半导体光电电能转换器内部，以防止光泄露引起的能量损失。
22.如权利要求1-14中任一项所述的半导体光电电能转换器，其特征在于，光线传播路径上的各层材料的折射系数匹配。
【文档编号】H01L31/167GK103456828SQ201210452127
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年11月12日 优先权日:2011年11月10日
【发明者】郭磊 申请人:郭磊