通过纳米膜将纳米级系统限定在纳米体积内，所述纳米膜是有用地定向于半导体特 性改变处的半导体杂界面，例如在纳米膜处电子从一种电子能量组纳米级系统移动至另一 种电子能量组纳米级系统，主要的电子转移机理从相当双极性变成相当单极性，反之亦然， 其特征在于产生限定seg物质体积的这类纳米膜，其源自重叠由填满缺陷和无缺陷体积所 致的两种不同材料晶体和非晶相，以及源自局部物理场的作用，例如应变场和电场，从而通 过材料调整形成有序超晶格 -处理半导体界面，其是通过内置力场确定的位于一侧弛豫Si和另一侧衍生的晶体材 料之间的c-Si/〈c-Si>界面以及位于衍生的晶体材料与非晶材料之间的<c-Si>/a-Si界面， 两者都在源自由于非晶化和适当的热力学循环导致的膨胀效应的内置力场下。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于由在超晶格中排序为网络的构造模块组织 所述超材料，所述网络由segton以一个纳米层或两个重叠纳米层在所述发射极内或其附 近，即接近高能光子的吸收区的形式制成。3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于限定所述超材料纳米层的杂界面聚集了 许多双空穴至约l〇2°.cm-3的密度。4. 根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于对于通过纳米级系统的特定电子传 导发生横跨限制性纳米膜的局部电子注入和脱嵌。5. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于在通过注入周围发射极，通过 传导带在seg-物质纳米层外部产生碰撞之后，快速且高效地单向脱嵌二次电子，通过电屏 蔽通过保持它们不能返回起点避免了重新捕获逐出的平衡电子。6. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于在全硅光电转换器，尤其是光 伏电池内部形成基本纳米级单元或segton，并且其特征在于它包括允许插入最佳电子能级 组的纳米级转变，所述电子能级组用于低能量产生适合太阳光谱的二次电子。7. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于由于用于低能量产生和倍增的 亚结构的包埋系统，通过具有用处理的基本纳米级单元或segton饱和的超材料纳米层的纳 米级Si-分层系统，将所述改变限于常规转换器的发射极。8. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述a-Si/c-Si杂界面聚集许 多双空穴，它们被捕获在膨胀应变场中。9. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于以下步骤 ?将填满许多点缺陷的晶体<c-Si>相释放 ?分散所述晶体<c_Si>，其均匀地围绕在非晶体附近。10. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于以下步骤： ?在T〈1000°C下通过所谓的低温热扩散或另外方法例如在均匀地(轻微地或适度地)P掺杂晶片(例如，预掺杂硼）中掺杂注入的初始η-型掺杂型材(例如，磷）， ?在扩散过程之后对晶片表面进行预处理以允许良好地控制注入体积， ?可能地例如通过两种方式，通过自身Si注入或通过Ρ注入，导致包埋非晶化的50-200keV离子束辐射， ?例如在500°C下通过热退火循环构造优异的c-Si/a-Si杂界面， ?例如在350_450°C下通过热退火循环构造稳定的MTM纳米层， ?活化segton和seg物质 ?完成设备最终处理步骤:AR涂覆、电子钝化、金属化。11. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于前述η-型掺杂(P)之后紧接着 是离子注入直至局部或包埋非晶化(P，Si)，用于离子注入，导致重掺杂材料，并且因此允许 同时涉及杂质带和传导带的单极导电，其中所述非晶化产生包埋的非晶纳米体积，其具有 粗糙或坚固的a-Si/c-Si杂界面以及较小的处于C-Si中的a-Si内含物和处于a-Si中的C-Si 内含物，随后优选地在约500_550°C下进行退火循环，其采用固态外延形式并且导致两个硅 相的清楚分离（晶体以及非晶体）以及锐化平面a-Si/c-Si杂界面并且相同的退火循环导致 产生或多或少的平面纳米层，其平滑地缠绕每个非晶化晶粒使得纳米层为3至10nm厚并且 均匀，而没有任何缺陷和不均匀，并且包含一起形成seg物质的许多有序的单元，所述seg物 质是放置在η-型重掺杂半导体材料中的基于硅的MTM，例如提供有掺杂(Si:P)以及其中通 过使用相对低能量/位移原子(约2.5eV/原子)通过将Si原子有限地位移到该基本单元电池 外部，晶体娃的基本单元电池在纳米尺度上转变为娃segton，并且两个原子的这种位移导 致引入可以捕获和局部化电子的伸长的电子键的所谓的双空穴，并且这种双空穴在技术上 是有用的，因为它永久地包含四个捕获电子，其中它们中的一个弱键合在重η-型掺杂材料 中，例如提供有高磷掺杂(Si:Ρ)。12. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于单一离子注入直至局部或包 埋非晶化仅使用掺杂离子(Ρ)，导致重掺杂材料，并且因此允许同时涉及杂质带和传导带的 单极传导，其中非晶化产生包埋非晶纳米体积，其具有粗糙或坚固a-Si/c-Si杂界面，以及 较小的处于c-Si中的a-Si内含物和处于a-Si中的c-Si内含物，随后优选在约500-550°C下 进行退火循环，其采用固态外延形式并且导致两个硅相的清楚分离（晶体和非晶体）以及锐 化平面a-Si/c-Si杂界面，并且相同的退火循环导致产生或多或少平面纳米层，其平滑地缠 绕每个非晶化晶粒使得纳米层为3至10nm厚并且均匀，而没有任何缺陷和不均匀，并且包含 一起形成seg物质的许多有序的单元，所述seg物质是放置在重η-型掺杂半导体材料内的基 于硅的ΜΤΜ，例如提供有掺杂(Si:P)，并且其中通过使用相对低能量/位移原子(约2.5eV/原 子)通过有限位移Si原子至所述基本单元电池外部，晶体硅的基本单元电池在纳米尺度上 转变为硅segton，并且两个原子的这种位移导致引入可以捕获和局部化电子的伸长的电子 键的所谓的双空穴，并且这种双空穴在技术上是有用的，因为它永久地包含四个捕获电子， 其中它们中的一个弱键合在重η-型掺杂材料中，例如提供有高磷掺杂(Si:P)。13. 根据权利要求1或10所述的方法，其特征在于使用离子束进行前述晶体半导体的局 部非晶化。14. 根据权利要求1或10或11所述的方法，其特征在于以以下方式进行结构转变和基本 纳米级单元处理 ?通过离子注入的相转变，其中产生具有局部高度集中的点缺陷的晶体 ?源于离子注入的c-Si/a-Si界面:产生-光滑-seg物质 ?非晶相和晶相的局部均化(退火循环）：将一种材料相在另一相中的内含物溶解 ?产生限定seg物质的纳米膜:a-Si/c-Si-<a-Si>/〈c-Si>-能皇(在价带中的高偏移） 和<c-Si>/〈a-Si>-电子转移模式改变 ?通过退火循环处理/处置segton，这导致重掺杂的活化。15. 根据前述权利要求所述的方法，其特征在于通过离子辐射导致产生基本纳米级单 元的材料调整允许所需材料调整通过以下多个阶段实现： a.在T〈1000°C下通过所谓的低温热扩散在均匀地轻微地或适度地P掺杂晶片(例如，预 掺杂硼）中开始η-型掺杂型材(例如，磷）， b在扩散过程之后对晶片表面进行预处理以允许良好地控制注入体积，c可能地例如通过两种方式，通过自身Si注入或通过P注入，导致包埋非晶化的50-200keV离子束辐射， d例如在500°C下通过热退火循环构造优异的c-Si/a-Si杂界面，e例如在350-450°C下通过热退火循环构造超材料纳米层， f活化segton和seg物质 g设备最终处理步骤包括AR涂覆、电子钝化、金属化。16. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于由于纳米级转变在全娃光电 转换器，尤其是光伏转换器内部形成纳米级内含物，允许插入最佳的电子能级组，所述电子 能级组用于低能量产生适合太阳光谱的二次电子。17. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述a-Si/c-Si杂界面聚集许 多双空穴/segton，它们被捕获在膨胀应变场中。18. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于由于LH型纳米膜(LH型界面） 有用的缺陷屏蔽(非晶相的电屏蔽），将seg物质与非晶体分离。19. 一种装置，为具有根据前述权利要求所述的基本单元的光伏电池，由于基于涉及一 次和二次产生的基本纳米级单元的多级转换循环，允许改善转换效率。
【专利摘要】本发明涉及在硅中形成超材料的分组纳米结构单元系统，以及以最佳方式将它们排列在其中的制造方法。以在硅材料内部最佳排列的方式将所述纳米结构单元分组和处理。所述方法包括通过高效地使用热电子的动能以及高效地收集在转换器中产生的所有电子，来改变基本晶体单元连同应力场、电场以及重杂质掺杂以形成以最佳排列分组的纳米结构单元的超晶格从而改善光电转换效率。
【IPC分类】H01L31/0352, H01L31/068, G02B1/00, H01L31/036, H01L31/0288, H01L31/18, H01L31/20
【公开号】CN105431950
【申请号】CN201480028253
【发明人】兹比格卢·库茨尼奇, 帕特里克·梅里埃斯
【申请人】赛腾高新技术公司
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2014年5月13日
【公告号】EP2997603A2, US20160118517, WO2014203081A2, WO2014203081A3, WO2014203081A4