太阳能转换器和复合转换器 【技术领域】
本发明涉及一种用以把太阳能转化为电能的多接、多谱的转换设备和制造方法，尤其是一种通过整个紫外线到包括超过95％的可变能量的红外线光谱用一系列数以千计的连接节点把聚集光束转化为电能的设备和方法。
背景技术
多节点、多光谱太阳能转换器由三种不同的半导体材料砷化镓(GaAs)、锗(Ge)、磷镓化铟(InGaP)而形成，其在EMCORE公司(EMCORE，www.emcore.com，2006)和一些其他研究人员的努力下得到进一步的发展，最近R.麦克柯奈尔等报道声称其为“美国新一代的光电技术”；2004年6月在法国举行的第一代第十九届欧洲光电太阳能展览会已经攻克了38％的转换效率难关；并且就未来50％的转换效率达成了意向；该三种材料的转换器具有通过一传导结晶层实现相连的三个系列节点；其可把从紫外线(由1.9电子伏的磷镓化铟带隙所决定)通过可视光线(由1.4电子伏的砷化镓带隙所决定)到红外线(由0.65电子伏的锗带隙所决定)的光转化为太阳能；当太阳能光束投射在该种结构上时，它渗入到磷镓化铟(InGaP)第一顶部节点且实现1.9电子伏的大部分光子的转化；然后横向穿过砷化镓(GaAs)的节点且实现1.4电子伏的大部分光子的转化，最终到达0.65电子伏的节点处且把0.65电子伏的大部分光子转化为电子和空穴。一般来说，节点结晶度越纯，节点重组的进程就越少，就会通过这些电子和空穴对产生越多的电流；或者，通过降低节点处的串联电阻也可增加电流；总之，该有用或转换效率的节点主要是由节点的结晶度和串联电阻来确定。
该广泛的光谱范围和在节点的高纯度的晶体的点阵之间近乎完美的匹配是选择砷化镓(GaAs)、锗(Ge)、磷镓化铟(InGaP)转化太阳能的主要原因，该三种材料的系统的成功研制使人们去探求可能会进一步降低生产成本的其它多材料系统；事实上，在太阳能转化领域内，寻求高的转化效率和低的生产成本一直被誉为“圣洁的圣杯”；在对这个目标的需求过程中，创新比比皆是；具莱特生理学应用(Appl.Phys.Lett.80，3967，(2002))报道：J.吴等人最近发展了In1-xGaxN系统；该In1-xGaxN系统中的“X”在获得一系列持续升级且涵盖整个紫外-红外太阳光谱的带隙成长过程中可发生变化；虽然其具有上述可行性，可是，由于其分子束晶膜(molecular beam epitaxial)在生成过程中过于昂贵，因而其制造工艺不可行，并且其节点晶体远不完善，在不久的将来很难成为可行的高效转换器。
经过这些年的发展和改进，节点晶体并没有显著降低转换器的生产成本，生产用以传统的转换器的大片的晶体物质的昂贵费用决定了他们仍然需要高生产成本；另一个极端例子，在转换器上使用薄膜和有机薄板低成本的特点很具有吸引力(参见格林先生的“第三代光电技术”，全文，柏林(2003)简福里斯特，自然，428，911(2004))，(see M.Green，“Third GenerationPhotovoltaics”Springer，Berlin(2003)；and S.R.Forrest，Nature，428，911(2004))；在降低单位能源转换成本方面，其因为效率低而难以实行；减少单位成本的其中一个方法则是聚集太阳光束，以使数以百计的太阳光束投射在一个不大的太阳能转换器区域内，在具有尽可能高地结晶度的前提下，在转换单位能量时由于只有极少数转换器区域是有效的，因此，使用塑料菲涅耳透镜或反射镜聚集太阳光束的方式甚至比采用薄膜或有机薄板成本还要低。
传统的转换器很少使用聚集光束的方式，因为他们未对节点的厚度、类型、配置、材料、节点数目、冷却机制或太阳能光速的入射角进行优化，举例说明，美国专利号分别为7071407；5405453；7126052；7122734和6252287的专利披露了三种材料中一些微米级厚度的节点细节，其只供用正常角度入射的分散的太阳光束转换到节点。作为一个相对较厚的节点层可以吸收来自一百多个太阳光束的聚集光束能源，但通过传统工艺来制造相对较厚的节点层从成本有效角度上说并不可行。
美国专利号分别为4335503；4295002；4131984和3969746的专利披露了供多个节点吸收平行入射的聚集光束的V型槽技术；可是当需要对超过500个太阳光束进行聚集时，所披露的转换器可供利用的节点太少。
美国专利号分别为5246506和4271328的专利披露了具有多边形形状的晶体和无固定形状的非晶体的多个节点，但为达到判断聚集光束超过数个太阳光束的目的，其转换效率太慢。
美国专利号分别为6372980；6340788和6174296的专利分别披露了高纯度的晶体结构中的串联节点，但其缺少为利用聚集光束降低成本的多节点和多谱带的优化配置。
美国专利号为4,376,872的专利披露了V形槽太阳能电池，其包括一系列相连的多个节点，但这些节点没有为多谱带覆盖紫外线到红外线光谱进行优化。
现有技术中的多节点、多光谱转换器用以聚集的太阳光，因在节点的厚度优化、节点数量、节点配置、太阳光束入射角度、以及较低的生产成本具有如下所述的限制：
1.光谱范围对1.9电子伏的磷镓化铟带隙和0.65电子伏的锗带隙具有限制。
2.多节点的厚度对吸收聚集光束中的所有不足微米的光子具有限制。
3.该三种材料转换器(砷化镓、锗、磷镓化铟)转换器对该三种材料具有限制。
4.该多节点转换器对三节点具有限制。
5.该多节点转换器对晶体提供的有限的转换效率具有限制。
6.该节点配置对带有节点的平面配置具有限制。
7.该太阳光束入射角度对正常平面入射角度具有限制。
8.该太阳光束对少于500太阳光束的聚集具有限制。
9.该制造转换器的制造工艺对大批量、低成本的生产具有限制；但生产大片的低效率的薄膜或有机太阳能转换器除外。
【发明内容】
因此，为克服上述现有技术中所存在的缺陷，本发明的一个目的是，提供一种多节点、多光谱的转换器以覆盖整个紫外线到红外线太阳光谱。
本发明的另一目的是，提供一种具有最优节点厚度的多节点、多光谱的转换器以吸收整个聚集太阳光束。
本发明的再一目的是，提供一种具有能根据需求处理多种不同材料功能的多节点、多光谱的转换器以实现覆盖从紫外线到红外线的整个太阳光谱。
本发明的又一目的是，提供一种具有能根据需求设置多个节点功能的多节点、多光谱的转换器以实现高效的转换效率。
本发明的再一目的是，提供一种具有能根据需求设置高节点结晶度功能的多节点、多光谱的转换器以实现高效的转换效率。
本发明的另一目的是，提供一种具有垂直节点配置的多节点、多光谱的转换器，依靠该垂直节点配置所有节点可同时的与同等数量的太阳光束发生投射以实现高效的转换效率。
本发明的再一目的是，提供一种太阳光束平行入射到所有节点的多节点、多光谱的转换器以实现高效的转换效率。
本发明的又一目的是，提供一种能根据需求接收尽可能多的聚集太阳光束的多节点、多光谱的转换器以达到高效的转换效率和低廉的单位能源转换成本。
本发明的再一目的是，提供一种能实现以低成本批量生产、具有高效转换效率功能的多节点、多光谱的转换器。
本发明包括若干技术特征，每个技术特征可根据需要与附加技术特征结合，这些附加技术特征包括在本文中披露和/或未披露的技术特征，本文的可选实施例详细披露了这些技术特征与附加技术特征相结合的效果。
根据本发明的目的，本发明提供了一种多节点、多光谱用以把太阳光谱转换为电能的转换器，其包括一个或多个节点，且每个节点可为至少一个带隙能的一种特定类型。
就像一个微型芯片，其在高转换效率、高结晶度的晶体片上被加工包括一个节点到数千个节点。每个节点为微型光电节点结构，其包括两个并行的、微薄的、高掺杂的(n+离子和p+离子)层，其之间夹设有高结晶的微度掺杂n离子层或p离子层。
通过加工每个基片可获得多个转换器，不同的基片可用来加工具有不同带隙能的不同的转换器，该不同的带隙能与太阳光谱的不同部分相对应。
因此，当把若干个不同的转换器组装在一起时，它们形成复合转换器，该复合转换器具有把太阳光谱中从紫外线(～2电子伏)到红外线(～0.65电子伏)的部分转换为能量的多光谱敏感度的能力。
本发明强调：(a)制造高效率光电节点；(b)在微型芯片或裸晶上批量加工数以千计的节点；装配形成多个根据需要覆盖整个太阳光谱不同的转换器以形成转换聚集太阳光束的复合转换器。根据本发明的目的，在具有不同带隙的基片上低成本批量加工形成具有数千个并行节点的转换器，装配形成具有以低的单位能量成本转换聚集多光谱太阳光束能力的复合转换器。
本发明的第一个技术方案是通过至少两个相邻的太阳能电池层把入射的太阳光束转换为太阳能的太阳能转换器，其中每个电池层包括至少一个节点，至少一个层不需与相邻层的晶格适配即与至少一个其它层相连。
在第一个技术方案的不同实施例中，层可包括至少一个带隙能的一种节点类型。在其它不同实施例中，层可包括第一个带隙能的多个第一种类型的节点和有别于所述第一类型的带隙能的其它类型的节点。
在其它实施例中，每层包括至少10个单个节点；也可包括至少100个单个节点，亦在该实施例中，所述每个转换器包括至少10个多节点层，也可包括至少100个多节点层，在说涉及的实施例中，每单元面积的节点密度为：每平方厘米至少1000个节点。
在一些实施例中，所述节点相对入射的太阳光束并行设置，以使每个节点由来自入射的太阳光束的太阳能照亮，所述节点电性串联。
在一些实施例中，每层单独加工或处理以独立于其它任何层。把不同的基片加工或处理为第一层和至少一个其它层。所述节点由半导体制造技术生成或由有机生成产生。
在一些实施例中，在至少一个低带隙穿过位于其下的至少一个层时，第一层获得至少一个带隙能，各个层可叠加以同时吸收来自多光谱的太阳能。
在各种实施例中，为转换紫外线、可视光、红外线和长红外线光谱中的太阳光能，节点可有至少一个带隙，该带隙大小至少为以下数值：1.8电子伏、1.4电子伏、1.1电子伏和/或0.6电子伏。当在半导体基片上加工接点时，该基片的半导体材料可为金刚石、砷化铝、碳化硅、磷化镓、磷镓化铟、砷化镓、锗、硅、砷镓化铟和砷化铟。
在本技术方案的另外一个实施例中，该光电节点可包括垂直壁或倾斜壁，作为该实施的一种形式，一个壁掺杂有n+型载体而另外一个壁具有p+型载体。所涉及的形式为：该壁之间所夹区域设有n型载体和p+型载体。所涉及的其它形式为：第一壁和/或第二壁与该入射的太阳光束相垂直；或/和第一壁和第二壁与节点层的象征性表面相垂直。
该转换器可包括垂直壁以形成并行节点，让同一产生的电子-空穴对和同一的高电场在节点区域内发生作用，或者包括倾斜壁，通过简单移植，其可很容易的形成多厚度节点，亦可为散热器提供金属触点。
在其它各种实施例中，该节点包括宽度小于少数载体扩散长度，该载体通过入射太阳光束产生在节点中；其一些形式为，该高电场区可延伸穿过整个节点宽度或整个区域宽度。其一些其它形式为，所述第一节点和至少一个其它节点宽度相同或宽度不同。在各实施例中与其相关的形式为，第一层和至少一个其它层具有相同厚度或不同厚度。
本发明的第二技术方案的具体实施例，该复合转换器包括至少两个转换器，该转换器相叠加以便同时转换至少两个带隙。
本发明第二技术方案的实施例的一些具体形式为，每个转换器包括为带隙能优化设置的节点宽度。不同的转换器可有不同的节点宽度以实现最大的转换效率。
本发明第二技术方案的实施例的其它形式为，从最高到最低带隙，至少两个转换器的最前方和最后方对齐顺序排列，在最前方的转换器内未转换的太阳光束未干涉地横向穿过随后的转换器以实现转换。
本发明第二技术方案的实施例的各种形式为，每个复合转换器的转换器可串联电性连接以附加电压。作为其它形式，每个复合转换器的转换器与其相邻的转换器松散连接，所述复合转换器的结构因具有不同的热膨胀率的转换器而不致于变形。
本发明第二技术方案的实施例的具体形式为，每个复合转换器的转换器由法布里-珀罗腔与其临近的转换器分开，所述太阳光束在其中以一特定的光谱波长经多次折射。该实施例中，布里-珀罗腔包括由氧化硅层的厚度决定的腔间距。该实施例中，所述氧化硅层厚度可变化以使每个转换器所吸收的特定太阳能最大化，以此所吸收的太阳光束总量也将最大化。
本发明第二技术方案的实施例的其它具体形式为，复合转换器可包括至少一个与所述复合转换器集成一体的散热器，当多个太阳光束入射在复合转换器上时，依靠该散热器该复合转换器的温度能保持在低于250℃；所涉及的各种形式，一个或多个散热器包括消极冷却装置和/或积极冷却装置。
本发明第二技术方案的另外一个实施例中，复合转换器集成有用以转换聚焦太阳光束且形成较大、成本低廉的菲涅尔透镜，其把太阳光束聚焦到转换器上，当其聚焦太阳光束时，其聚焦的太阳光束的强度与多束太阳光束强度相等。
在所有实施例中，复合转换器可根据所需光谱特性包括任一数量和类型的转换器，该所需光谱特性的确立以适合在太阳转换中应用。举例如下：
其用在卫星上时，具有宽带隙的复合转换器转换所获得的空间内丰富的紫外线能量。
其用于航空器上时，只安装砷化镓(GaAs)转换器的复合转换器转换来自别处的氦或氖激光束。
其用于遥控传感器上时，安装有锗转换器的复合转换器以转换来自其它地方的钕合金激光束。
其用于笔记型电脑上时，具有一对3个不同光电节点(InGaP、GaAs、Ge)的复合转换器用以转换分散的太阳能。
本发明加工转换器的方法的第二个实施例，包括：抛光打磨基片至与其带隙能厚度相适配的厚度；把基片蚀刻成晶元以形成转换器；在基片上用标准光刻的方式蚀刻物料槽；移植槽壁以在基片上形成n+-n-p+多节点；在移植壁上方沉淀金属层；通过真空的抽吸使壁消除；通过加热到溶解温度连接壁以形成转换器且附加连接温度散热器以形成复合转换器。在这些形式中，为提高系统效率，可设置一菲涅耳透镜。
本发明加工转换器的方法的第三个实施例，抛光打磨基片至与其带隙能厚度相适配的厚度；移植基片到p+掺杂层，沉淀薄共晶金属层，把基片转接到另外一个玻璃支撑架上以露出位于另外一边的基片，移植该第二个边到n+掺杂层，沉淀薄金属层，把基片蚀刻成晶元，把晶元从玻璃载体上移除，把多个不同的能量转换器安装一起形成复合转换器；附带安装一散热片。在这些形式中，为提高系统效率，可设置一菲涅耳透镜。
本发明加工转换器的方法的另外一个实施例，包括：抛光打磨基片至与其带隙能厚度相适配的厚度；把基片蚀刻成晶元以形成转换器；在基片上用标准光刻的方式蚀刻物料槽；移植槽壁以在基片上形成n+-n-p+多节点；在移植壁上方沉淀金属层；把基片转接到预拉伸的弹性载体上，通过使预拉伸的弹性载体回缩消除壁；通过加热到溶解温度连接壁以形成转换器且附加连接温度散热器以形成复合转换器；在这些形式中，为提高系统效率，可设置一菲涅耳透镜。
也是本发明加工转换器的方法的另外一个实施例，包括：抛光打磨基片至与其带隙能厚度相适配的厚度；把基片蚀刻成晶元以形成转换器，在基片上用标准光刻的方式蚀刻V形物料槽；移植V形槽壁以在基片上形成n+-n-p+多节点；在移植壁上方沉淀金属层；电镀移植壁以形成具有散热器的热触点；，把多个不同的能量转换器安装一起形成复合转换器；附带安装一散热片。在这些形式中，为提高系统效率，可设置一菲涅耳透镜。
仍是本发明加工转换器的方法的另外一个实施例，包括，从具有硅膜的硅绝缘体(silicon-on-insulator)基片开始，该硅膜约具有数微米厚度；通过硅膜顶部的金属有机物化学气相沉积(MOCVD)生成与晶格相匹配的锗化硅(SiGe)缓冲层；通过MOCVD在锗化硅(SiGe)层顶部生成约0.01微米厚度的n+类半导体层；通过MOCVD在n+类半导体层顶部生成n类半导体层来形成约5微米厚的n型节点区域；通过MOCVD在n类半导体层顶部生成约0.01微米厚的p+类半导体层；重复所有MOCVD生成过程以形成具有20个n+-n-p+节点且总厚度约为100微米的堆；沉淀共晶金属；把该基片划割为多个晶元以形成包括20个n+-n-p+节点的转换器；把基片与靠近塑料载体的晶元一起转到塑料载体上；从硅绝缘体基片上通过蚀刻氧化硅的方式移除硅基片，使晶元附在塑料载体上；从塑料载体的晶元上移除硅膜和锗化硅层；在晶元上沉淀共晶层；从晶元周边上移除多余的共晶金属；从塑料载体上移除晶元；把50个晶元一个接一个的叠加在一起形成具有1000个节点的堆，加热该堆至约270℃形成共晶会接(Eutectic Bond)；用通过MOCVD生成的不同的半导体(例如：磷化镓、磷镓化铟、砷化镓、锗、硅)重复上述步骤形成不同能量转换器；安装不同能量转换器晶体与以形成复合转换器；附带安装一散热片。在该复合转换器中的转换系统中亦可设置一菲涅耳透镜。
上述各实施例中，基片材料可为，金刚石、砷化铝、碳化硅、磷化镓、磷镓化铟、砷化镓、锗、硅、砷镓化铟和砷化铟。
下述讨论的有益效果不构成对本发明保护范围的限制，也不表明本发明的每一种形式都具有下述的所有效果。
本发明的转换器克服了传统太阳能转换器的缺陷，本发明中的转换器应用广泛，其可应用在诸如：太阳能发电厂、乡村太阳能转换社区，家庭太阳能发电、商住楼的太阳能发电，工业工厂、交通工具以及诸如手机、手提电脑等电子设备上。
尤其是，本发明的转换器是个小型紧凑型设备，其只通过使用少量的最高结晶度的材料就达到尽可能高的转换效率，其本身的其中优点之一是该转换器加工经济，其在但个晶体基片上通过简单的传统微电子工艺就可实现大批量生产。
其另一个优点是，其包括在结晶基板上加工有一千多个节点的最高内部量子效率，该多节点结构布置在转换器内具有更高的抗串联电阻性，从而获得高的转换效率。
第三个优点是，该转换器可采用在任一晶体基片上采用相同的工艺加工，该晶体基片的带隙能范围为约从3.5电子到0.2电子伏，从而获得与从紫外线到红外线的不同太阳光谱部分能相响应的转换器。这可使多个不同能量转换器(不只是三个同种物质构成的，而是如三种不同物质构成的转换器)根据需要组装相成复合转换器，该复合转换器具有转换从紫外线到红外线整个光谱能量的能力。
第四个优点是，该垂直节点结构的转换器，该转换器的所有节点可同时与相同密度的太阳光束发亮以达到高的转换效率。此带来的好处是，太阳光束并与所有节点并行入射以获得高的转换效率。
第五个优点是，该转换器能接收需求数量的聚集太阳光束以达到高的转换效率和较低的单位能量转换成本。
第六个优点是，该具有高转换率的复合(多节点、多光谱)转换器能低成本的批量加工，其工艺、连接方式、组装工艺简单。安装太阳能转换装置单位成本低，其比安装燃气设备，具有更大范围的竞争优势。
【附图说明】
图1为具有垂直壁的多节点转换器的结构示意图，其示出了三个光电节点110，该转换器可包括一千多个完全相同的并行节点110，每个节点由高掺杂n+层120和高掺杂p+层140夹设高结晶度n层130所形成。
图2为具有倾斜壁的多节点转换器的结构示意图，其示出了三个光电节点160，该转换器可包括一千多个完全相同的节点160，每个节点由高掺杂n+层120和高掺杂p+层140夹设高结晶度n层130所形成。
图3为具有垂直壁的光电节点结构示意图，该光电节点与掺杂n+层120、高结晶度n层130、高掺杂p+层140形成一体，其夹设在两金属层150之间，该金属层易熔解或为普通的金属导体；
它还示出了与节点110相一致的能带图200，示出了产生电子220和空穴230的入射太阳能光束210。
图4为具有倾斜壁的光电节点结构示意图；该光电节点与掺杂n+层120、高结晶度n层130、高掺杂p+层140形成一体，其夹设在两金属层150之间，该金属层易熔解或为普通的金属导体；
它还示出了与节点110相一致的能带图200，示出了产生电子220和空穴230的入射太阳能光束210；
本发明采用垂直和倾斜壁以形成随基片类型而定的多节点转换器；例如，当使用硅基片时，通过简单移植倾斜壁，该倾斜节点能很容易的加工，因为在硅基片上能很容易的蚀刻倾斜壁的V形槽；并且当使用磷化镓(GaP)、磷镓化铟(InGaP)、砷化镓(GaAs)和锗(Ge)基片时，垂直壁移植也可使用；实际上，任何基片在没有采取使用移植倾斜壁时，可采用垂直壁移植，在移植中使用V形槽的预置步骤比移植垂直壁少很多，除此以外，这两种移植类型都很简单。
图5为具有垂直壁的复合转换器的立体图，其示出了垂直节点110、高掺杂n+层120、低掺杂n节点层130、高掺杂p+层140和金属连接层150不同层的相对厚度；其还示出了与多节点转换器110相一致的能带图200。
图6为具有倾斜壁的复合转换器的立体图；其示出了垂直节点110、高掺杂n+层120、低掺杂n节点层130、高掺杂p+层140和金属连接层150不同层的相对厚度；其还示出了与多节点转换器110相一致的能带图200。
图7为太阳光谱图，其示出了光谱亮度与聚焦在多光谱转换器100上的太阳光谱300的波长对比关系图，其与由GaP320、GaAs330、Si340以及Ge350基片做成的不同转换器相响应的光谱相重叠。这五种具有不同能量类型的转换器负责转换从紫外线到红外线整个太阳光谱能量；没有被转换的太阳能剩余很少。
图8为复合转换器的结构示意图；其示出了由GaP转换器410、InGaP转换器420、GaAs转换器430、Si转换器440以及Ge转换器450电性串联连接一起形成且具有数千节点的复合转换器400，该节点附有电压，它还示出了线连接460和外部负载470。
图9为电子-空穴对的生成率与不同转换器表面距离关系的曲线图，其示出了为了获得高带隙能的转换器，它们的厚度不需做大以把大部分电子转换为电子-空穴对，但是为转换更少的电子，该低带隙能转换器(例如：Si和Ge转换器440、450)比GaP410、InGaP420和GaAs430转换器的厚度要厚。
图10为在结晶基片上加工的一组多节点转换器的结构示意图，该转换器100全部通过传统光刻方式形成横向芯片间隔510和纵向芯片间隔520以组装形成复合转换器400。
图11为通过移植垂直壁加工转换器的时的结构示意图；其示出了通过蚀刻物料块530和槽540来制造光电节点110的垂直壁的方式以支撑两个移植物570和580；它还示出了槽深550和槽宽560。
当高壁(比如在硅转换器440和锗450转换器中)需要移植时，该槽需要按顺序的做宽以为槽高壁移植做准备；GaP、InGaP和GaAs转换器410、420和430，其壁不需做的太高(10微米或少于10微米足够)；此时，采用传统光刻即可很容易实现正常的移植。
图12为加工垂直壁转换器而设置的环结构示意图；该环装置具有金属板610和玻璃盖板620，该玻璃盖板620具有一个O形环，其用以密封加工的晶体500；该加工的晶体包括设置在玻璃基片590上的转换器100，该加工的晶体由溶剂640和冲洗水进行冲洗，而后进入密封的晶体以排除该蚀刻的接点。
【具体实施方式】
1.介绍多节点转换器100。
参见图1至图5，该多节点转换器100可包括一个至数千个光电节点110，制成每个光电节点110需一个高渗(1019/CM3)n+半导体层120、一个低渗(1016/CM3)n-类高晶体半导体层130和一个高渗(1019/CM3)p+半导体层140。用以减小转换器100的整个串联电阻的两相邻n+和p+层之间形成有一个金属薄片或共晶金属层150。
做为一个优选实施例，制成该多节点转换器100需所有节点110并行且串联电性连接以便形成递增的电压；可参考图1至图5。
该优选实施例中第一个部件是多节点转换器100的节点区和渗杂层；该节点区和渗杂层具有高结晶次序以便实现尽可能高的内量子效率，甚至以付出高额成本为代价制作所涉及的初始转换器。对本领域的专家和普通技术人员，一个起源于高量子效率的高转换效率会最终降低能量转换中的单位成本，是显而易见的。
该优选实施例中第二个部件是在转换器100内的1cmx1cm芯片(或晶元)格式上制作的超过1000个并行节点，该芯片可对聚集的太阳光束聚焦。对本领域的专家和普通技术人员，该格式有利于有效地使用昂贵的晶片配件和降低对转换器100内的低串联电阻的要求，从而以实现高的转换效率，是显而易见的；因为一个低电流转换器足以维持一个较高的转换效率。
该优选实施例中第三个部件是具有不同带隙的不同的半导体基片制作而成的转换器100，其可覆盖从紫外线到红外线的整个太阳光谱，如图7所示，多光谱转换器400的结构包括用有半导体材料磷化镓(GaP)410、磷镓化铟(InGaP)420、砷化镓(GaAs)430、硅(Si)440和锗(Ge)45的五个转换器。
该优选实施例中第四个部件是在转换器的垂直壁或倾斜壁上使用常规移植制作的转换器100，以达到通过常规光刻的做作方法的效果。
2.介绍光电节点110。
本发明的光电节点可制成一个垂直壁光电节点110或一个倾斜壁光电节点160，如图3和图4所示，两者有相同的能带隙图。这些节点(110和160)的渗杂结构也相同，其结构形式是n+-n-p+，由一个n+-渗杂层和一个p+-渗杂层夹一个n-渗杂层-所有层所构成，其具有最高的结晶度。
该节点结构的第一个元件是其拥有高的量子效率，因为表面重组在该n+-n-p+结构中比在n+-p-p+结构中要少很多，虽然少数载体(空穴)在n+-n-p+结构中的n层扩散长度比少数载体(电子)在n+-p-p+结构中的扩散长度要短很多。
该节点结构的第二个元件是通过在n+-n-p+结构中的n层130的宽度做成10微米来进一步提高的它的量子效率，该宽度比在该n层中的少数载体(空穴)的扩散长度要短很多。该n层130的短短宽度还允许在1cm长度范围内超过1000个节点，是转换器100的理想线形长度。
该节点结构的第三个元件是它的n+和p+层可很容易地通过商业移植的方式达到不超过100埃的厚度。
该节点结构的第四个元件是该节点的高场区，其延伸穿过该n层130的整个宽度以在该过程中提高量子效率。
3.介绍复合转换器400的结构。
超过98％的太阳能位于紫外线到红外线的光谱范围内，如图7所示，在该太阳光谱300中，其示出了太阳辐照度与波长的关系，只使用一个转换器100，也就是说，采用硅基片制造而成的转换器不能把太阳光谱300转化为太阳能。从图7中，我们可明显看出，把太阳光转换为太阳能，从该紫外线到红外线光谱，需要五个转换器与五个不同光谱区域相对应。
该多光谱转换器400的第一部件是由不同带隙的不同半导体基片所制成，用以覆盖从紫外线到红外线整个太阳能光谱，如图7所示，多光谱转换器400的结构包括用有半导体材料磷化镓(GaP)410、磷镓化铟(InGaP)420、砷化镓(GaAs)430、硅(Si)440和锗(Ge)450的五个(或更多个)转换器，其在图8示出。
该多光谱转换器400的第二部件是该所有五个转换器磷化镓(GaP)410、磷镓化铟(InGaP)420、砷化镓(GaAs)430、硅(Si)440和锗(Ge)450是采用相同的n+-n-p+结构和相同的制造工艺。
该多光谱转换器400的第三部件是该所有五个转换器磷化镓(GaP)410、磷镓化铟(InGaP)420、砷化镓(GaAs)430、硅(Si)440和锗(Ge)450是有最高结晶度的商业基片制作而成。
该多光谱转换器400的第三部件是该所有五个转换器磷化镓(GaP)410、磷镓化铟(InGaP)420、砷化镓(GaAs)430、硅(Si)440和锗(Ge)450结合形成的转换效率远大于当前的39％。
4.介绍复合转换器400的组成。
如图8所示，复合转换器400的组成包括使用半导体磷化镓410、磷镓化铟420、砷化镓430、硅440和锗450的五个或多于五个的转换器。对本技术领域的技术人员，其他多种类型的半导体亦可用来覆盖整个太阳光谱，这些半导体可很容易的加工成与图5和图6所示结构相同的多节点转换器100。此外，与图3和图4所示结构相同的光电节点110除了可采用上述所述的半导体制造以外，亦可采用其它任一种半导体加工制造。
复合转换器400组成的第一部件是任意数目的转换器可串联连接形成组合转换器400。
复合转换器400组成的第二部件是具有不同能带隙的所有不同转换器在每个转换器的末端通过简单的引线接合(simple wire bonding)460相连，正如图8所示。简单的引线接合(simple wire bonding)也可用来实现复合转换器400和外部载荷(external load)470的连接。
复合转换器400组成的第三部件是该最宽带隙转换器，磷化镓410安装在最前方位置以实现首先接收太阳光束，而该最低带隙转换器，锗450固定在最后端位置。优化这些不同转换器的布置以使磷化镓转换器410能首先转换紫外线太阳光能，如图9所示的透射的辐射光越少，而越多的透射的红外线辐射光在转换为电能之前可进一步的透射到最后端的锗转换器450。按照这种方式，当太阳光束横向穿过复合转换器结构400时，不同波长的所有太阳能在没有转换器干涉的情况下将被有效转换。
复合转换器400组成的第四部件是根据电子空穴生成率与如图9所示来自转换器表面的入射距离对比情况，优化每个转换器类型的入射角方向的厚度。这样，该磷化镓转换器410做为最薄的转换器(约5微米就够了)，该锗转换器450做为最厚的转换器(约100微米就够了)，其它转换器的厚度位于该两个极限厚度之间。
复合转换器400组成的第五结构是相邻的转换器没有牢固连接，所以在温度高于周围环境的情况下，它们不同的温度膨胀率不会使复合转换器400的布置发生变形。这非常重要，因为在这些转换器中使用的不同的材料具有明显不同的温度膨胀率。
复合转换器400组成的第六结构是相邻的转换器由超薄硅氧化层(sioxide layer)隔开，形成一个不对称的法布里-珀罗腔，该法布里-珀罗腔与相邻转换器的相邻表面一起做为并行法布里-珀罗反射镜。为使氧化层厚度适当，与前端转换器的带隙相对应的波长发生推定干扰，以使在该腔内发生该波长的多次发射。这种情况将使在相邻的转换器中的此种波长的太阳光束吸收最大化，从而在组装复合转换器400时使更薄的转换器得以使用。一方面，在更好的利用昂贵的晶体材料方面，这很重要，另一方面，因为使用了薄层，也简化了转换器壁的移植。
复合转换器400组成的第七结构是如果需要较多不同带隙的转换器用来在紫外线到红外线光谱中转换太阳能，该较多的转换器简单的并行叠加形成复合转换器，因此，每个转换器高厚度并不必要。
5.介绍具有散热器的复合转换器。
当太阳光束在复合转换器400上聚集时，该复合转换器400的温度将生高，从而降低了转换效率；当超过1000束太阳光在转换器上聚集时，转换器将会发生损坏，除非该转换器温度能得以冷却。为使冷却的费用达到一个可接受的水平，我们优选的实施例具有一个金属散热器，其通过金属板作为分界面与复合转换器紧密集合为一体。
该散热器的第一部件是散热片，为把热量从转换器中散发出来，该散热片的数量和大小可根据需要而制作，主要依据该复合转换器所要维持的温度而定。做为一个特点，通过在该领域轻易的安装一个袖珍型的紧凑形散热器，就可维持低于200℃的温度。
6.介绍复合转换器的积极冷却装置。
在另一个优选实施例中，该复合转换器400把用反射镜聚集的数千太阳光束转换为数千瓦特的电能。在这种情况下，使用环流泵进行积极冷却变的不可缺少。只通过直接在散热器600上连接冷却循环管即可做到积极冷却。对于适度的积极冷却，循环水就足够了。对于高度的积极冷却，可能需要循环液氮，为了满足此种结构的需要，该复合转换器必须装入一个真空的夹环内以防止水凝结。
7.介绍太阳光的聚集。
使用复合转换器400的最合算的方式就是把它和一个大的、低成本的塑料菲涅耳透镜相集成为一体，它可把太阳光束聚焦到转换器400上。所用菲涅耳透镜的大小由低于200℃且能被冷却式复合转换器处理的太阳光束的数量而确定，在该过度加热的太阳光束作用下，转换效率开始迅速降低，该转换器的完整性开始老化。在散热器的冷却作用下，聚集1000个左右的太阳光束，菲涅耳透镜的大小足够了。但是，为对抗紫外线辐射，该透镜需要进一步强化。通常情况下，聚碳酸聚合物的作为优选材料超过了丙烯酸聚合物材料。
对超过1000个太阳光束的聚焦转换，首选金属反射镜，对此，还需要上述描述的积极冷却装置。
8.介绍垂直壁多节点转换器。
在该优选实施例中，该多节点转换器100利用垂直壁形成并行节点110以让在节点区域130内统一产生电子-空穴对，正如图5所示出那样。这些垂直壁为多个重要目的而设置：
提供一个统一的位于节点n层130内的高场区域。
提供一个为方便组装形成复合转换器的独立的结构。
提供一个在任何半导体基片上可轻易加工的结构，尤其是：磷化镓(GaP)310、磷镓化铟(InGaP)320、砷化镓(GaAs)330、硅(Si)340和锗(Ge)350。
9.介绍倾斜壁多节点转换器。
在另一个优选实施例中，如图6所示，该多节点转换器100利用倾斜壁便利地形成多个节点，尤其在不同的入射方向上形成厚节点。这些倾斜壁为多个重要目的而设置：
提供一个移植倾斜壁的便捷途径以创造一个厚节点。
提供一个为方便组装形成复合转换器的独立的结构。
提供一个以低成本使用V形槽刻蚀一个(100晶体位向)硅基片以形成倾斜壁的结构。
如图6所示，该倾斜壁也为涂覆相互作用节点的金属触点提供了简单支撑。
这些相互作用节点的金属触点也提供了一种通过把散热器的散热片直接连在节点附近而冷却转换器100的多重节点的有效方法。
10.介绍多节点、多光谱转换器的应用。
经优化的具有理想光谱特性的复合传感器400可由任一数量和类型的转换器随机组装而成以适应特定的应用。举例说明：
其用在卫星上时，复合转换器可安装一个大反射镜以往转换器上聚焦10000个太阳光束，从而产生数千瓦的电能。
其用在卫星上时，复合转换器可安装一个占主导地位的宽带隙转换器以把富有光束的紫外线光谱转换为聚集光束。
其用于航空器平台上时，复合转换器可只安装砷化镓(GaAs)转换器以把投射在转换器上的、来自别处的氦或氖激光束中的激光能量转换为数千瓦的电能。
其用于很难接收到遥感信号的遥控传感器上时，复合转换器可安装只用于把钕合金激光能量束从航空器上转换到复合转换器上的锗转换器。
其用于笔记型电脑上时，具有一对3个不同光电节点(InGaP、GaAs、Ge)的复合转换器用以把分散的太阳能转换为充足的电能供笔记型电脑使用。
11.介绍有关转换器的制造过程。
为降低转换器100的生产成本，其制造过程必须简单，其加工工序必须精简而花费低。本发明中，转换器的制造过程实际需要满足两个条件，因为在单个6英寸的晶体基片上，它涉及超过900个的多节点转换器100，正如图10所示，可在晶体上通过简单的常规光刻法加工超过900个1cm*0.2cm转换器晶元形成横向芯片间隔510和纵向芯片间隔520以隔离转换器晶元。因为不同的半导体晶体基片采用相同的方式加工，故加工一批五种不同类型的晶体会为每五个不同类型的带隙产生超过900个转换器。对光刻工艺领域的那些富有经验者，加工一批五种不同类型的晶体不足一提。
在该优选实施例中，加工垂直壁的转换器100的主要生产工序如下：
1.用手工操作把n型半导体晶体与玻璃基片相连。
2.抛光打磨晶体至与其带隙厚度相适配的厚度。
3.把晶体蚀刻成晶元在其上形成转换器100，其一个结构在如图10示出。
4.在晶元上蚀刻槽540以形成物料块530，如图10所示。
5.形成一个合理的槽深550和槽宽560比值以把移植物570和580移植到物料块53的壁上。
6.在所有的晶元内移植物料块530。
7.沉淀共晶金属薄层以覆盖移植物。
8.把晶体500加工成用以制造垂直壁的环600，如图11所示，其示出了一个在环600内经过加工后的转换器100的示例。
9.把位于环600内且经过加工的晶体500密封在金属板610和玻璃盖620之间，该玻璃盖620设有O形环630。
10.在环600内加入冲洗水而后添入溶剂640以与来自玻璃基片590且经过加工的转换器100相结合。
11.通过真空入口650把溶剂和冲洗水从环600内完全排出。
12.在排出形成转换器11时合并多个加工过的转换器的壁。
13.把环600内的加工过的晶体500加热到约270℃以连接相邻壁形成转换器100。
在另外一个优选实施例中，作为第二个方法，加工垂直壁的转换器100的主要生产工序如下：
1.用手工操作把半导体晶体与玻璃基片相连。
2.抛光打磨晶体至与其带隙厚度相适配的厚度。
3.把晶体蚀刻成晶元在其上形成转换器100，其一个结构在如图10示出。
4.在晶元上蚀刻槽540以形成物料块530，如图10所示。
5.形成一个合理的槽深550和槽宽560比值以把移植物570和580移植到物料块53的壁上。
6.在所有的晶元内移植物料块530。
7.沉淀共晶金属薄层以覆盖移植物。
8.把经过处理的晶体转接到经过预拉伸的弹性基片上。
9.使预拉伸的弹性基片的回缩以合并转换器100的壁。
10.把位于弹性基片上且经过加工的晶体500加热到约270℃以连接相邻壁形成转换器100。
11.从弹性基片上拆除转换器100。
在另外一个优选实施例中，作为第三个方法，加工垂直壁的转换器100的主要生产工序如下：
1.用手工操作把n型半导体晶体与玻璃基片相连。
2.抛光打磨晶体至与其带隙厚度相适配的厚度。
3.把晶体表面移植到n+层120。
4.把共晶金属沉淀到经过移植的n+层。
5.把晶体转接到另外一个玻璃基片上以使其它晶体表面显示出来。
6.移植该晶体的第二个表面到P+层140。
7.把共晶金属沉淀到经过移植的P+层140。
8.在晶元上蚀刻形成约为1cm*0.1cm的晶体。
9.从基片上拆除晶元。
10.在晶元之间的共晶金属平面与多个晶元叠接形成多节点转换器100。
11.对经过处理的多个晶元加热至约270℃用以连接相邻壁以形成转换器100。
在另外一个优选实施例中，作为第四个方法，加工垂直壁的转换器100的主要生产工序如下：
1.从具有2微米厚的硅膜的硅绝缘体(silicon-on-insulator)开始。
2.通过硅膜顶部的金属有机物化学气相沉积(MOCVD)生成与晶格相匹配的锗化硅(SiGe)层。
3.通过MOCVD在锗化硅(SiGe)层顶部生成n+类半导体层。
4.通过MOCVD在n+类半导体层顶部生成n类半导体层。
5.通过MOCVD在n类半导体层顶部生成p+类半导体层。
6.重复20次步骤3-5以生成具有20个n+-n-p+节点的堆。
7.在该具有20个节点的堆上沉淀共晶金属。
8.把该基片划割为多个晶元，且每个晶元包括20个n+-n-p+节点。
9.把基片与靠近塑料载体的晶元一起转到塑料载体上。
10.从硅绝缘体基片上通过蚀刻的方式移除硅基片。
11.通过选择性的蚀刻移除硅和锗化硅层。
12.在塑料载体上的晶元上沉淀金属共晶层。
13.从晶元周边上移除多余的共晶金属。
14.从塑料载体上移除晶元。
15.加热具有20个晶元的堆至约270℃用以连接相邻的壁以形成具有1000个节点的转换器。
16.重复步骤1-15与通过MOCVD生成的不同的半导体(例如：金刚石、砷化铝、碳化硅、磷化镓、磷镓化铟、砷化镓、锗、硅、砷镓化铟和砷化铟)一起形成不同能量转换器。
17.把不同能量转换器晶体与金属丝装配相连以形成复合转换器。
但是，在另外一个优选实施例中，加工倾斜壁的转换器100的主要生产工序如下：
1.用手工操作把半导体晶体与玻璃基片590相连。
2.抛光打磨晶体至与其带隙厚度相适配的厚度。
3.把晶体蚀刻为晶元，在该晶元上形成多个转换器100。
4.在晶元上蚀刻V形槽以形成物料块，。
5.形成一个合理的槽深和槽的比值以把移植物和移植到物料块的壁上。
6.移植位于所有晶元上的物料块的壁。
7.沉淀一薄层共晶金属170覆盖移植物以形成如图6所示的转换器100。
8.电极板和填满导热金属的V形槽以对转换器100散热。
9.移除基片上的所有转换器100。