[发明专利]在硅材料内形成的纳米结构单元及在其中完成它们的制造方法

说明书

本发明涉及在硅材料内部纳米结构形成的基本纳米级单元以及实现它们的制造方法。通过将两个Si原子有限位移至晶体基本单元外部来产生每个基本纳米级单元。通过在其中集中特定物理效应，晶体物质的局部纳米级转变得到不寻常的功能，因为它是非常有用的额外电子能级组(针对太阳光谱转换成电进行优化)。调整的能量组允许在半导体，优选硅、尤其用于非常高效的全硅光电转换器的材料中低能量二次电子产生。用于在半导体材料中产生这种转变的制造方法是基于局部能量沉积，如离子注入或电子(γ,X)束照射以及适当的热处理并且在工业上容易获得。

本发明为用于在硅材料中低能量二次电子产生的纳米级单元，尤其用于全硅光电转换器；以及以这样的材料生产它们的制造方法。

更具体地，该方法是基本晶体单元中晶体材料的纳米级转化，从而通过在其中集中特定的物理效应而得到不同寻常的功能，如非常有用的额外组的电子能级(其针对太阳光谱转化为电进行优化)。

1.本发明解决的问题和领域

A.问题

针对太阳光谱调节光电转换器是复杂的，一方面是由于量子力学操作仅在非常接近带隙的非常窄的光谱子范围内是高效或最佳的，并且另一方面是由于太阳光谱较宽，对于使用单一连接装置高效操作而言则是太大了。

两种方式都是可能的：

-通过保留在串联电池中以最有效的方式使用的光子-电子相互作用的相同的基本单一机理；通过研究新材料，或适当地重叠不同材料(例如来自GaAs家族的那些)来支持进展。在这种情况下转换是基于通过吸收确定的单一光-物质相互作用；在这种情况下，最复杂的问题之一是从形成转换器的不同元件收集电流；

-通过引入多重额外机理，由于纳米级材料转化(例如低能量二次电子产生)连同其多种偶联机理，可以允许特定的功能分离和局部化以及需要特定的电子转移和特定的载流子收集。

B.应用领域

本发明涉及由于亚区域，亚系统或亚结构(如包含硅超材料的包埋的纳米级分层系统)用于改善通常在光电转换器中以及特别在太阳能辐射的全硅转换器中二次低能量产生以及导致可收集的额外的载流子的倍增循环的方法。

本发明的具体领域或范围是光电转换光电电池。

2.定义

LEEG-低能量电子产生是这样的一种方法，通过该方法当在半导体纳米物体中吸收单一光子时产生多电子。这种效应代表了增加单结设备中太阳光转换效率的有前途的路径。

Segton-是在纳米尺度上调节的二次电子产生的单元(unit of the SecondaryElectron Generation Tuned on Nanoscale)，即，物质的处理的基本单元电池，其特征在于它的特定的和非常有用的电子能级组适合于高效多级光电转换；该系统允许额外自由载流子的低能量电子光子产生以及载流子倍增循环。更通常地，它还是如何产生高度有用的电子能级组的方法，该电子能级组可以针对太阳光谱转换为电进行优化。并且进一步地segton是具有特定的电子能级组的半导体纳米物体，该电子能级组能够完成天然半导体材料，优选硅的电子能级，用于超高效光电转换器。

Seg物质-是基于segton的超材料，即用于高效光电转换的特定材料，其由均匀分布的segton构成，这些segton形成有序超晶格并且插入通过纳米膜限定边界的特定物理环境(通过平行专利申请保护)。更通常地，该表述还表示如何生产能够使用segton能级组的物质的方法。该seg物质超材料以一层或多层形式形成。并且进一步地seg物质是形成超材料的半导体人工物质，它允许segton处理以及采用多方面的功能，它主要在纳米尺度上可供使用。

双空穴：在半导体中形成特定结构单元的结构点缺陷，其中在共价材料中出现不同的原子键，如分子键。

MTM:基于硅的超材料

a-Si:非晶硅相