] 通過多種新的額外的機(jī)理（其允許硅半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換器優(yōu)化適應(yīng)于太陽(yáng)光譜），人工 納米級(jí)組件應(yīng)該能夠補(bǔ)充常規(guī)轉(zhuǎn)換過程。
[0047] 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是在本申請(qǐng)中在下面公開和要求保護(hù)的發(fā)明必 須在三種不同的水平上考慮，尤其是當(dāng)考慮要求保護(hù)的segton及其生產(chǎn)方法時(shí)。
[0048] Segton由基于雙空穴的基本單元構(gòu)成。因此，雙空穴已知成為物理目標(biāo)，但是直到 本發(fā)明為止，通常將其視為在電子和光電應(yīng)用中完全無用的。直至本發(fā)明提交日為止，這種 雙空穴甚至通常被描述為需要修復(fù)或修補(bǔ)或消除的有害的結(jié)構(gòu)缺陷。作為物理目標(biāo)，在照 射（例如電子或離子束，或γ和X射線束的簡(jiǎn)單照射）之后點(diǎn)缺陷或雙空穴隨機(jī)地和稀疏 地分布。相反，根據(jù)本發(fā)明，為了成為有用的技術(shù)目標(biāo)，在適當(dāng)?shù)奶囟ǖ募夹g(shù)處理期間這種 基本單元必須進(jìn)行處理，通過這種方式，顯示優(yōu)化的納米物體分布和密度。這意味著在所有 遭遇的熱條件（即，處理溫度達(dá)到550°C，而在通常情況下在低于250°C的溫度下雙空穴重 新結(jié)合）下必須對(duì)其保護(hù)。然后由在超晶格中排序的構(gòu)造模塊組織新材料。以此方式，基 于雙空穴的納米物體的密度、分布、位置和行為可以導(dǎo)致技術(shù)上有用的應(yīng)用。
[0049] 新材料的人工組件結(jié)合有利的有用的效應(yīng)和處理以實(shí)現(xiàn)通常不能實(shí)現(xiàn)的希望的 功能。所述segton的兩種最特殊的特征，是其接近永久性的電荷狀態(tài)，即電荷狀態(tài)的超快 速再生。雙電荷狀態(tài)必須允許新的且獨(dú)特的轉(zhuǎn)換機(jī)理，即永不停歇的低能量產(chǎn)生，以完全起 作用。通常，基于segton二次產(chǎn)生的動(dòng)力學(xué)考慮：
[0050] · segton有用的電子狀態(tài)以及暴露于與熱或溫電子的碰撞以優(yōu)化動(dòng)能轉(zhuǎn)至額外的 電子群體中（為膜樣亞結(jié)構(gòu)），
[0051] ?在時(shí)間尺度上在產(chǎn)生碰撞的熱或溫電子和它們的有害的熱化（即加熱硅晶格） 之間競(jìng)爭(zhēng)；必須在時(shí)間和幾何尺度上控制熱電子-晶格相互作用，
[0052] ?在其碰撞產(chǎn)生之后將二次電子脫嵌到seg-物質(zhì)納米層外面，并且因此它注入周 圍發(fā)射極空間并且通過電屏蔽保持它不能返回起點(diǎn)，
[0053] ?在橫跨發(fā)射極接近平衡能量下在seg物質(zhì)和正面電極之間優(yōu)異地傳導(dǎo)二次電 子，
[0054] ?通過正面電極收集二次電子（作為重新結(jié)合樣效應(yīng)），
[0055] ?橫跨seg物質(zhì)局部傳導(dǎo)位移電子，允許適當(dāng)?shù)貥O其快速再生segton電荷狀態(tài)， 這是由于通過背面電極注入的來自轉(zhuǎn)換器更深階層的"其他"電子（由于通過外部電路循 環(huán)），
[0056] ?是seg物質(zhì)中特定的單極傳導(dǎo)，通過橫跨雜質(zhì)帶的特定的快速傳導(dǎo)允許segton 再生。
[0057] 假定方式如何轉(zhuǎn)變和使用已知的并且有害的納米缺陷成為有用的基本材料單元 的方式在現(xiàn)有技術(shù)中之前從未公開。
[0058] 制造
[0059] 現(xiàn)在使用一般性術(shù)語(yǔ)和下面部分中的表述可以簡(jiǎn)短地描述根據(jù)本發(fā)明用于產(chǎn)生 和制造納米級(jí)單元的方法。
[0060] 制作或制造以及處理segton必須同時(shí)具有所要求的功能：
[0061] i)產(chǎn)生特定的納米物體，具有源于在晶格中原子重組的類型、電荷狀態(tài)、密度、在 幾何空間中的位置和定位；這種重組還可以出現(xiàn)于非晶體相或非晶化相，
[0062] ii)有用地插入能夠低能量產(chǎn)生二次電子的適當(dāng)?shù)碾娮幽芗?jí)組，
[0063] iii)顯示出源于可以活化并且有時(shí)僅在納米尺度上達(dá)到的多種物理相互作用協(xié) 同作用的特定功能，
[0064] iv)當(dāng)二次電子的產(chǎn)生和重新結(jié)合位置適當(dāng)?shù)胤珠_并且屏蔽時(shí)，顯示電子循環(huán)； 這考慮了例如主要在轉(zhuǎn)換器正面發(fā)生的有害的重新結(jié)合。
[0065] 總體上，所要求的功能源于兩種類型的結(jié)合作用：緊密地涉及納米物體（作為物 質(zhì)結(jié)構(gòu)）即segton本身的那些以及涉及在納米尺度上通過鄰近物（例如與其過渡區(qū)的半 導(dǎo)體界面）觸發(fā)的物理場(chǎng)的那些。
[0066] 6.本發(fā)明的目的和益處
[0067] 本發(fā)明致力于增強(qiáng)光電轉(zhuǎn)換。由于源于吸收高能光子（現(xiàn)在由于熱化完全失去） 的額外電子動(dòng)能有用地轉(zhuǎn)至額外的電子群體（其可以在外電路中收集）這是可以實(shí)現(xiàn)的。 由于在納米尺度上調(diào)節(jié)用于二次電子產(chǎn)生的納米級(jí)單元（稱為segton)這種轉(zhuǎn)換成為可 能。技術(shù)上有用的segton實(shí)現(xiàn)了多種條件，例如足夠大量以及良好分布，位于良好限定的 納米空間中，并且必須永久保留其有用的電荷狀態(tài)。所有這些導(dǎo)致以下改善和益處：
[0068] ?具有約63%熱力學(xué)限制的新的高效光電轉(zhuǎn)換器。
[0069] ?由使用成熟技術(shù)處理的豐富的，生態(tài)友好材料（如硅）制造的新設(shè)備。
[0070] ?由于其低能量行為補(bǔ)充常規(guī)操作模式的新轉(zhuǎn)換機(jī)理。
[0071] ?允許針對(duì)太陽(yáng)光譜調(diào)節(jié)光電轉(zhuǎn)換器新的電子能量組。
[0072] ?導(dǎo)致補(bǔ)充基本材料和設(shè)備結(jié)構(gòu)的新的轉(zhuǎn)換材料和結(jié)構(gòu)的新的制造過程。
[0073] ?然后超高效全硅光電轉(zhuǎn)換器是可能的，這是因?yàn)橹丿B調(diào)整的硅衍生的材料。這種 可能性提醒了串聯(lián)電池的特異性。
[0074] ?本發(fā)明的過程是基于最成熟的硅技術(shù)，并且需要有限地改變或補(bǔ)充現(xiàn)有生產(chǎn)裝 置。
[0075] ?可以提供將晶體硅的基本單元電池轉(zhuǎn)變?yōu)殡p空穴或segton所需能量，例如通過 離子注入如Si、P物質(zhì)。
[0076] ?通過segton的補(bǔ)充的能級(jí)組（它尤其針對(duì)可見光和UV光子轉(zhuǎn)換進(jìn)行優(yōu)化）可 以有利地調(diào)節(jié)不太適合太陽(yáng)光譜轉(zhuǎn)換的硅的初始能帶。以此方式，硅轉(zhuǎn)換器包含針對(duì)太陽(yáng) 光譜的最優(yōu)轉(zhuǎn)換過程排列的能級(jí)和能帶。
[0077] · Segton，作為構(gòu)造模塊，可以在豐富的且環(huán)境友好的材料（如硅）中成型。
[0078] ?可能由于segton導(dǎo)致的新機(jī)理考慮了低能量電子產(chǎn)生和相應(yīng)的電子倍增循 環(huán)。然后額外的電子能量轉(zhuǎn)至額外的電子群體中。由于兩種類型的載流子產(chǎn)生，運(yùn)行具有 segton的轉(zhuǎn)換器：一次單一電子-空穴常規(guī)的產(chǎn)生和新的二次電子產(chǎn)生。換言之，將源于 光子吸收的電子-空穴對(duì)的簡(jiǎn)單的一次產(chǎn)生轉(zhuǎn)變成多級(jí)轉(zhuǎn)換循環(huán)。
[0079] ?二次產(chǎn)生可以避免熱電子的有害熱化，即加熱硅晶格。由于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)，可 以在時(shí)間和幾何尺度上控制熱電子相互作用。
[0080] ?在全硅轉(zhuǎn)換器領(lǐng)域中，相對(duì)容易的是將segton保持在永久電荷狀態(tài)（這是最佳 設(shè)備功能所需要的）。
[0081] ?包括所有納米轉(zhuǎn)變、轉(zhuǎn)換器功能化及其最終破壞的設(shè)備制造完全沒有使用自由 納米顆粒（其對(duì)于環(huán)境和人體可能是危險(xiǎn)的）的處理步驟。
[0082] ?可以由經(jīng)驗(yàn)豐富的行業(yè)操作人員例如工程師和技術(shù)人員制造。
[0083] ?一種最重要的新的制造過程與硅轉(zhuǎn)換器的現(xiàn)有技術(shù)良好相容并且考慮了已知的 離子注入和隨后的熱處理。
【附圖說明】
[0084] ?圖1是基本娃電池 （elemental silicon cell)的一種已知的圖形，其中箭頭指 示移出以形成segton的原子；
[0085] ?圖 2 是由 EPR(電子順磁共振，Electron Paramagnetic Resonance)研究推導(dǎo)出 的雙空位的模型；
[0086] ?圖3是在有序超晶格背景上segton的自由示意圖，即，在超材料（metamaterial) 納米層內(nèi)部它們的segton分布；
[0087] ?圖4是連同它們最接近的環(huán)境的segton的有序超級(jí)晶格不意圖的例子，即，由于 合適的和復(fù)雜的缺陷處理產(chǎn)生的許多segton ;
[0088] ?圖5是其中插入超材料的發(fā)射體上部的示意性截面視圖；
[0089] ?圖6是其中存在所有不同部件，或多或少?gòu)?fù)雜結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換器的總體截面視圖； [0090] ?圖7和8分別是不具有和具有自由載流子積聚的設(shè)備的多層結(jié)構(gòu)的模塊類型樣 式的示意圖
[0091] ?圖9是通過離子注入和注入后處理包埋在晶體硅中的非晶相的受控重結(jié)晶所實(shí) 現(xiàn)的平面多界面亞結(jié)構(gòu)的截面TEM圖像；詳細(xì)說明見右圖，其說明了 2D-納米尺寸的亞結(jié) 構(gòu)；
[0092] ?圖10是在二個(gè)圖中以不意性圖表顯不的電子能帶和電子能級(jí)轉(zhuǎn)換的不意圖；
[0093] a)本征材料如硅的間接帶隙
[0094] b)由于重η-型摻雜具有額外組的電子能級(jí)的相同帶模型，以及
[0095] c)由于重η-型摻雜以及segton插入或接合（grafting)具有額外組的電子能級(jí) 的相同帶模型；
[0096] ?圖11是電子能量組和可能由于該組導(dǎo)致的額外的光電轉(zhuǎn)換機(jī)理的示意圖；用光 子能量hv>l, 1+nxO, 274eV低能量沖擊電離segton，其中η (其是整數(shù)）代表以下各項(xiàng)的倍 增等級(jí)：
[0097] a)高能光子可以三級(jí)（η = 3)倍增而
[0098] b)低能光子可以二級(jí)（η = 2)倍增；
[0099