Фотоэлектрический преобразователь

Фотоэлектрический преобразователь

Реферат

 

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ с инверсионным слоем, содержащий полупроводниковую подложку, диэлектрический слой с встроенным зарядом и электроды, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и стабильности параметров, диэлектрический слой выполнен из поликристаллического сегнетоэлектрика и поляризован в направлении, перпендикулярном поверхности полупроводниковой подложки.

Изобретение относится к полупроводниковым преобразователям солнечной радиации и может быть использовано при создании фотоэлектрических генераторов наземного применения. Известны фотоэлектрические преобразователи с инверсионным слоем, состоящие из кремниевой подложки, диэлектрического слоя с встроенным зарядом, тонкого диэлектрического слоя в окнах, созданных в диэлектрическом слое с встроенным зарядом, электродов. В таких конструкциях на границе раздела диэлектрического поля с встроенным зарядом, в качестве которого используют обычно двуокись кремния SiO₂ или нитрид кремния Si₃N₄ и кремния, образуется инверсионный приповерхностный слой, а протекание тока происходит через контакт сверхтонкий диэлектрический слой металл. Недостатком таких устройств является невозможность получения необходимой величины встроенного заряда при малых токах утечки и стабильности, что приводит к снижению КПД и нестабильности фотоэлектрического преобразователя. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является фотоэлектрический преобразователь с инверсионным слоем, содержащий полупроводниковую подложку, диэлектрический слой с встроенным зарядом, сверхтонкий диэлектрический слой и электроды. Недостатками такого фотоэлектрического преобразователя являются низкий КПД и нестабильность параметров, обусловленные свойствами нитрида кремния, для которого характерны высокие токи утечки и нестабильность встроенного заряда достаточной величины. Целью изобретения является повышение КПД и стабильности параметров фотоэлектрического преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в фотоэлектрическом преобразователе с инверсионным слоем, содержащем полупроводниковую подложку, диэлектрический слой с встроенным зарядом, сверхтонкий диэлектрический слой и электроды, диэлектрический слой выполнен из поликристаллического сегнетоэлектрика и поляризован в направлении, перпендикулярном поверхности полупроводниковой подложки. На чертеже схематически изображен предлагаемый фотоэлектрический преобразователь. Фотоэлектрический преобразователь содержит полупроводниковую, например кремниевую, подложку 1, на одну из сторон которой нанесен слой сегнетоэлектрика 2, например титаната висмута или титаната бария, с встроенным зарядом, поляризованный в направлении, перпендикулярном поверхности подложки. В окнах, выполненных в слое сегнетоэлектрика, подложка покрыта слоем сверхтонкого диэлектрика 3, например двуокиси кремния, на котором расположены металлические, например алюминиевые, электроды 4. На тыльной стороне кремниевой подложки 1 сформирован сплошной металлический электрод 5. Такой прибор может быть изготовлен следующим образом. На кремниевую подложку после стандартной химической обработки наносят методом реактивного магнетронного распыления в планарной системе поликристаллическую пленку сегнетоэлектрика, например титаната висмута, причем размер зерна в этой пленке должен быть меньше ее толщины. Затем вскрывают в сегнетоэлектрической пленке окна шириной 10 мкм, располагая их на расстоянии друг от друга 150 мкм. В окнах методом химического окисления образуют сверхтонкую пленку SiO₂ толщиной 1,2-1,6 нм. На поверхности кремниевой подложки 1 напыляют вакуумтермическим методом пленку металла, например алюминия. После этого проводят поляризацию в электрических полях порядка 50-80 кВ/см, а затем на рабочей стороне методом фотолитографии образуют решеточный электрод, полосы которого совмещены с окнами в сегнетоэлектрике 2. Фотоэлектрический преобразователь pаботает следующим образом. Под действием излучения происходят изменение поляризованного состояния сегнетоэлектрика и фотогенерация носителей заряда в полупроводнике. Заряд поляризации в сегнетоэлектрической пленке вызывает изменение электрических свойств полупроводника, в результате чего происходит инвертирование типа проводимости приповерхностной области на границе раздела сегнетоэлектрик-полупроводник, при этом дополнительная поляризация сегнетоэлектрической пленки повышает степень инвертирования. Фотогенерированные носители заряда разделяются потенциальным барьером, высота которого в этом случае выше по сравнению со структурой Si₃N₄-Si. Повышение величины потенциального барьера приводит к снижению темнового тока. Кроме того, в этой конструкции темновые токи ниже. Вышеперечисленные факторы, а также высокая оптическая активность поляризованной сегнетоэлектрической пленки приводят к повышению КПД фотоэлектрического преобразователя до 17,5% что на 4-5% выше по сравнению с базовым устройством (см. устройство прототип). Кроме того, нестабильность встроенного заряда несвойственна поляризованным сегнетоэлектрическим пленкам. Применение предлагаемых фотоэлектрических преобразователей, благодаря вышеуказанным свойствам, обеспечит повышение КПД энергетических установок наземного применения и более широкое их использование в народном хозяйстве с целью экономии органического топлива.

Формула изобретения

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ с инверсионным слоем, содержащий полупроводниковую подложку, диэлектрический слой с встроенным зарядом и электроды, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и стабильности параметров, диэлектрический слой выполнен из поликристаллического сегнетоэлектрика и поляризован в направлении, перпендикулярном поверхности полупроводниковой подложки.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000

Извещение опубликовано: 27.12.2000