TW201731069A - 光電轉換系統 - Google Patents

Abstract

一光電轉換系統包含一第一裝置，其中第一裝置包含一發光元件，發光元件接收一第一電能以驅動發光元件發出一光線；以及一第二裝置包含一光電轉換元件用以吸收光線並以輸出一第二電能，其中第二電能與第一電能的比值大於20%。

Description

光電轉換系統

本發明係關於一種光電轉換系統的結構設計。

繼智慧型手持裝置後，穿戴式裝置逐漸蔚為一股風潮，例如智慧手錶，也陸續出現使用穿戴式裝置的各種連續性量測生醫訊號的應用，因此在有限的穿戴式裝置體積中，如何提供便利的充電方式是一項課題，而無線充電是其中一項解決方法。

一光電轉換系統，包含一第一裝置，其中第一裝置包含一發光元件，發光元件接收一第一電能以驅動發光元件發出一光線；以及一第二裝置包含一光電轉換元件用以吸收光線並以輸出一第二電能，其中第二電能與第一電能的比值大於20%。

以下實施例將伴隨著圖式說明本發明之概念。

第1圖顯示本申請第一實施例之光電轉換系統示意圖。所述之光電轉換系統包含一第一裝置6與一第二裝置5；其中，第一裝置6包含一發光元件1、一第一可充放電(chargeable/dischargeable)元件61以及一第一傳輸埠62，發光元件1與第一可充放電元件61電性連接以接收第一可充放電元件61對發光元件1提供之一第一電能P1，使發光元件1發出一光線3；第一傳輸埠62與第一可充放電元件61電連接，可用以外接至一電源對第一可充放電元件61進行充電；第二裝置5包含一光電轉換元件2以及一第二可充放電元件51，其中，光電轉換元件2與第二可充放電元件51電性連接，光電轉換元件2吸收發光元件1發出的光線3後輸出一第二電能P2對該第二可充放電元件51充電。除本申請實施例所揭示之元件，第一裝置6與第二裝置5更可依裝置的需求包含其他習知之電子元件，例如：控制元件、驅動元件、資料儲存元件、轉換元件等用以提供相應的功能，此並非本申請之重點，不在此贅述。第二裝置5更可選擇性包含一第二傳輸埠52與第二可充放電元件51電連接，可用以外接至一電源以提供另一充電路徑對第二可充放電元件51進行充電。其中，第一可充放電元件61與第二可充放電元件51包含可充電電池(Rechargeable battery)，例如鎳鎘(NiCd )電池、鎳氫(NiMH)電池 、鋰離子(Li-ion)電池或鋰聚合物(Li-Polymer)電池，第一傳輸埠62與第二傳輸埠52包含通用序列匯流排(Universal serial bus, USB)，例如Micro USB、Mini USB或USB Type-C。

在本實施例中，第2圖顯示本申請第一實施例之第一裝置6，第一裝置6之第一側具有一開口65用以放置發光元件1，第一傳輸埠62位於第一裝置6的一末端以方便外接電源。如第3圖所顯示，在一實施例中，第一裝置6可為一手持裝置，例如智慧型手機(Smart phone)，具有一攝影鏡頭64用以攝影取像、一閃光燈63用以發出一白光以補償環境光源以及發光元件1發出光線3，其中攝影鏡頭64、閃光燈63以及發光元件1位於第一裝置6之第一側6S，藉此透過智慧型手機之發光元件1對智慧型手錶之光電轉換元件2進行充電。本實施例中，發光元件1係包含一發光二極體(Light-emitting diode, LED)晶片，如第4A圖及第4B圖所示，發光二極體晶片包含具有一第一能隙之一主動層152以發出光線3，光線3具有一峰波長(Peak wavelength)大於720nm，且發光元件1具有大於50%之功率效率(Power efficiency)，其中功率效率係指發光元件1產生光線3的能量功率(W)與輸入發光元件1的第一電能P1之功率(W)的比值；請再參照第4A圖所示，發光二極體晶片的出光表面11上具有複數條相互平行的縱向延伸電極12b、一橫向延伸電極12a與縱向延伸電極12b連接形成複數個交會點，以及兩個打線電極12位於橫向延伸電極12a上並各提供足以打線或焊接至外部電路之打線面積，例如不小於2500 mil² ；橫向延伸電極12a橫跨並垂直於每一條縱向延伸電極12b的中心點，兩個打線電極12分別與邊界111及邊界112間隔相等的距離。

第4B圖顯示第4A圖中沿出光表面11之剖面線C-C’之發光二極體晶片的剖面圖。如第4B圖所示，發光二極體晶片具有一導電基板10；一導電黏結層17，位於導電基板10之上；一反射結構122，位於導電黏結層17之上；一透明導電結構123，位於反射結構122之上；一窗戶層19，位於透明導電結構123之上；一絕緣層14，位於透明導電結構123與窗戶層19之間；一發光疊層15，位於窗戶層19之上；一電接觸層16位於發光疊層15之上；第一電極181包含打線電極12與延伸電極12a、12b位於發光疊層15與電接觸層16之上；以及一第二電極18，位於導電基板10之下與導電基板10形成低電阻接觸，其中低電阻接觸的電阻值小於 10^-4 Ω-cm。發光疊層15具有一第一包覆層(cladding layer)151，位於窗戶層19之上；主動層152位於第一包覆層151之上；以及一第二包覆層(cladding layer)153，位於主動層152與第一電極181之間。

第一電極181及第二電極18用以接受外部電源將電流導入發光疊層15使主動層152發出光線3，其中，第一電極181及第二電極18包含金屬材料，例如鋁(Al)、鉻(Cr)、銅(Cu)、金(Au)、鎳(Ni)、鈦(Ti)、鉑(Pt)、鍺(Ge)、鈹(Be)或上述材料之組合或合金。如第4B圖所示，延伸電極12a包覆電接觸層16的表面，增加與電接觸層16形成低電阻接觸的面積，其中低電阻接觸的電阻值小於 10^-4 Ω-cm，其中延伸電極12a包覆電接觸層16的部分高於打線電極12。電接觸層16位於延伸電極12a、12b與發光疊層15之間，用以使延伸電極12a、12b與發光疊層15之間形成低電阻接觸，其中低電阻接觸的電阻值小於 10^-4 Ω-cm。電接觸層16與延伸電極12a、12b之間的電阻值以及電接觸層16與發光疊層15之間的電阻值分別小於打線電極12與發光疊層15之間的電阻值。電接觸層16之材料包含III-V族化合物半導體材料，其電性可與第二包覆層153相同並具有一摻雜雜質濃度大於10¹⁹ cm^-3 ，在本實施例中，電接觸層16之材料可為砷化鎵(GaAs)。

發光疊層15之材料可為III-V族化合物半導體材料。本實施例中，第一包覆層151與第二包覆層153的電性相異，用以分別提供電子及電洞在主動層152中複合(recombination)以發射光線3；第一包覆層151例如包含p型砷化鋁鎵(Al_a Ga_1-a As, 0＜a＜1)、磷化銦(InP) 或砷化鋁銦(Al_1-b In_b As, 0＜b＜1)，並摻雜鋅(Zn)、碳(C)或鎂(Mg)，其中鋅(Zn) 、碳(C)或鎂(Mg)的摻雜濃度介於5´10¹⁶ cm^-3 到1´10¹⁹ cm^-3 之間，第一包覆層151的厚度介於0.1 μm與10 μm之間，較佳的是介於0.1 μm與2μm之間；第二包覆層153例如包含n型砷化鋁鎵(Al_a Ga_1-a As, 0＜a＜1)、磷化銦(InP) 或砷化鋁銦(Al_1-b In_b As, 0＜b＜1)，並摻雜矽(Si)或碲(Te)，其中矽(Si) 或碲(Te)的摻雜濃度介於5´10¹⁶ cm^-3 到5´10¹⁸ cm^-3 之間，第二包覆層153的厚度介於0.1μm與10 μm之間，較佳的是介於0.1 μm與1 μm之間；主動層152包含複數個井層(well layers)以及複數個阻障層(barrier layers)交疊，依據主動層152之井層(well layers)材料，可決定發光疊層15發出光線3的峰波長，井層包含砷化鋁鎵銦((Al_x Ga_1-x )_y In_1-y As，0≤x≤1， 0≤y≤1)，阻障層包含磷砷化鋁鎵(Al_x Ga_1-x As_y P_1-y ，0≤x≤1，0≤y≤1)，每一個井層的厚度介於5 nm到100 nm之間，每一個阻障層的厚度介於10 nm到100 nm之間，阻障層之能隙大於井層之能隙。第二包覆層153之一出光表面11可為一粗化(roughened)表面以降低全反射，提升發光二極體晶片之發光效率。主動層152可發出可見光或不可見光，在本實施例中主動層152發出的光線3具有一峰波長大於720 nm之不可見光以避免干擾環境光源，主動層152的結構可為單異質結構、雙異質結構、雙側雙異質結構、多重量子井結構或量子點結構。窗戶層19之電性可與第一包覆層151之電性相同，作為光摘出層以提升發光二極體晶片之發光效率。窗戶層19對於主動層152所發之光為透明，其材料可為半導體材料，例如砷化鋁鎵(Al_a Ga_1-a As, 0＜a＜1)或磷化鎵(GaP)。透明導電結構123用以增加窗戶層151與反射結構122之間電流傳導與擴散，且對於發光疊層15所發之光為透明以與反射結構122形成全方位反射鏡(Omni-Directional Reflector，ODR)。透明導電結構123之材料包含透明導電氧化物，包含但不限於氧化銦錫(ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫(ATO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鋅錫(ZTO)、氧化鎵鋅(GZO)、氧化鋅(ZnO)、氧化銦鈰(ICO)、氧化銦鎢(IWO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化銦鎵(IGO)或上述材料之組合。透明導電結構123具有一第一導電氧化層1230，位於絕緣層14之下，以及一第二導電氧化層1232，位於發光疊層15與第一導電氧化層1230之間。其中，第一導電氧化層1230與第二導電氧化層1232包含相異的材料。另一實施例中，第一導電氧化層1230包含一組成元素相異於第二導電氧化層1232之所有組成元素，例如第一導電氧化層1230之材料為氧化銦鋅(IZO)，第二導電氧化層1232之材料為氧化銦錫(ITO)。第二導電氧化層1232與絕緣層14及窗戶層19直接接觸，且覆蓋絕緣層14至少一表面。

絕緣層14對於發光疊層15所發之光之穿透率大於90%，折射率小於1.5，較佳為介於1.3與1.5之間。絕緣層14之材料可為非氧化物絕緣材料，例如為環烯烴聚合物（COC）、氟碳聚合物（Fluorocarbon Polymer）、氟化鈣、氟化鎂或其組合。另一實施例中，絕緣層24之材料可包含鹵化物，例如IIA-VII族化合物，例如氟化鈣或氟化鎂。絕緣層14之折射率小於窗戶層19之折射率及透明導電結構123之折射率以增加發光疊層15所發之光線3在窗戶層19與絕緣層14之間的介面形成全反射的機率，因而提升發光二極體晶片的出光效率。絕緣層14可具有圖案化分佈，例如大致對應位於電接觸層16及/或打線電極12之正下方，以增進電流的擴散。絕緣層14更包含複數個開口142，其中透明導電結構123填入複數個開口142中，與窗戶層19形成低電阻接觸，其中低電阻接觸的電阻值小於 10^-4 Ω-cm。

反射結構122可反射發光疊層15發出之光，其材料可為金屬材料。反射結構122包含一金屬反射層1226；一金屬黏結層1224位於金屬反射層1226之下；一金屬阻障層1222，位於金屬黏結層1224之下；以及一金屬接觸層1220，位於金屬阻障層1222之下。金屬反射層1226可反射來自發光疊層15之光且具有90%以上之反射率；金屬黏結層1224用以幫助黏結金屬反射層1226與金屬阻障層1222；金屬阻障層1222可防止金屬反射層1226之材料擴散至金屬接觸層1220，進而破壞金屬反射層1226的結構導致金屬反射層1226的反射率降低，金屬接觸層1220與下方導電黏結層17形成低電阻接觸，其中低電阻接觸的電阻值小於 10^-4 Ω-cm。導電黏結層17透過焊接(solder bonding)連接導電基板10與反射結構122，其中導電黏結層17之材料包含金屬材料，例如錫(Sn)、金(Au)、銀(Ag)、鉛(Pb)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鉑(Pt)、鎢(W)或上述材料之合金等。

第5圖顯示本申請之第二裝置5，第二裝置5包含一穿戴式裝置(Wearable device)，例如智慧型手錶，可藉由一固定裝置55，例如錶帶，固定在人體上。如第5圖所示，第二裝置5具有一表面5S以及一透明載板4覆蓋在表面5S上，其中透明載板4對於光線3的透明度大於90%，其材料例如包含玻璃或藍寶石。表面5S包含一顯示區53以及一非顯示區54鄰接顯示區53，顯示區53可顯示文字、靜態影像、動態影像或其組合，用以提供資訊；非顯示區54用以覆蓋或隱藏第二裝置5內部圍繞在顯示區53周圍的元件，本實施例之非顯示區54為一蓋板，且非顯示區54圍繞顯示區53，透明載板4覆蓋該顯示區53以及該非顯示區54。第二裝置5的光電轉換元件2位於非顯示區54及透明載板4之間，光線3可穿過透明載板4被光電轉換元件2吸收以轉換成電能。

第6A圖顯示為本申請一實施例之光電轉換系統之剖視圖，係沿第5圖之A-A’線剖面的方向觀之，第二裝置5更包含一基板57；光電轉換元件2可藉由一黏著層56固定在基板57上並與基板57上之一電路結構電連接；一第一膠層58覆蓋光電轉換元件2以隔絕空氣中的水氣；以及一第二膠層59位於第一膠層58與透明載板4之間，用以接合光電轉換元件2固定在透明載板4上，其中第一膠層58與第二膠層59的材料對於光線3的透明度皆大於90%，光線3可依序穿透透明載板4、第二膠層59以及第一膠層58達到光電轉換元件2的表面2S，較佳地，為了降低光損失，該光電轉換元件2之表面2S與該透明載板4之間的距離介於5μm到1000μm之間，較佳地，第一膠層58與第二膠層59在表面2S與透明載板4之間的加總厚度控制於10μm到1000μm之間。較佳地，本實施例於操作時，發光元件1與光電轉換元件2的材料皆包含III-V化合物半導體材料，且發光元件1正對接近於光電轉換元件2，使光線3自發光元件1發出後直接穿透透明載板4、第二膠層59以及第一膠層58達到光電轉換元件2的表面2S，因此發光元件1與光電轉換元件2之間無需任何聚焦裝置用以將光線3聚集於光電轉換元件2。於操作時，第一裝置6與第二裝置5之間之距離係小於10 mm以提高整體之光電轉換效率，較佳地第一裝置6與第二裝置5之間之距離係小於3 mm或緊密貼合使不具間距。基板57較佳為一軟性基板。在另一個實施例，光電轉換元件2可藉由第一膠層58直接黏接於透明載板4，可進一步將表面2S與透明載板4之間的距離減少至介於5μm到500μm之間以降低光損失及提高光電轉換效率。第一膠層58與第二膠層59的材料包含有機材料，例如不飽和聚酯樹脂(Unsaturated polyester resin)、環氧樹脂(Epoxy)、氧雜環丁烷(Oxetane)、尼龍(Nylon)、聚丙烯(PP)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯醚(PPO)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂(ABS resin)、聚氯乙烯(PVC)、苯并環丁烯(BCB)以及矽膠(Silicone) 。在本實施例中，第一膠層58與第二膠層59的材料相異。黏著層56將光電轉換元件2黏著固定在基板57上，在本實施例中，在本實施例中黏著層56為導電材料，使光電轉換元件2與基板57之電路結構電連接，黏著層56的材料包含金屬、金屬合金、或導電膠。

本實施例中，光電轉換元件2包含一太陽能電池(Solar cell)晶片，如第6B圖所示，光電轉換元件2包含一導電基板21、一半導體磊晶疊層22位於導電基板21上且具有一表面2S、一第一電極24位於表面2S上、一第二電極23位於導電基板21上相對於半導體磊晶疊層22的另一側，半導磊晶體疊層22包含一背面電場(Back Surface Field; BSF)層221位於導電基板21上，一基底(Base)層222位於背面電場層221上，一發射(Emitter)層223位於基底層222上，以及一窗戶(Window)層224位於發射層223上，其中背面電場層221的材料包含砷化鋁鎵(Al_u Ga_(1-u) As，0＜u＜1)或磷化鋁銦鎵(Al_u In_v Ga_(1-u-v) P，0＜v＜1，0＜u＜1)且摻雜成n型半導體，基底層222與發射層223形成一p-n接面225且包含一材料且具有一第二能隙，第二能隙小於發光二極體晶片中主動層152的第一能隙，其中第一能隙與第二能隙差異小於0.1eV，例如砷化鎵(GaAs)、磷砷化銦鎵 (In_1-x Ga_x As_1-y P_y , 0＜x＜1, 0＜y＜1)或砷化銦鎵(In_1-x Ga_x As, 0＜x＜1)材料，基底層222例如為一n型半導體，發射層223例如為一p型半導體，發光二極體晶片發出之光線3在p-n接面225被吸收並產生電子與電洞，並藉由p-n接面225所形成之內建電場驅使電洞與電子分別往窗戶層224與背面電場層221移動而產生電流，窗戶層224的材料包含砷化鋁鎵(Al_u Ga_(1-u) As，0＜u＜1)或磷化鋁銦鎵(Al_u In_v Ga_(1-u-v) P，0＜u＜1，0＜v＜1)且摻雜成p型半導體，窗戶層224之能隙大於發射層223之能隙，可用以阻擋電洞往窗戶層224流動而形成無效電流。在本發明的一個實施例中，光電轉換元件2之p-n接面225的基底層222與發射層223之材料為砷化鎵(GaAs)，可吸收的光波長小於870 nm之光線以轉換為電能；且發光元件2之發光二極體晶片的主動層152包含一多重量子井結構且具有一材料為砷化鎵銦(Ga_x In_1-x As，0.03≤x≤0.09)，藉以發出峰波長(Peak wavelength)介於840及860 nm之光線；其中，發光二極體晶片之主動層152之能隙大於p-n接面225之能隙且二者之能隙差異小於0.1 eV，較佳為小於0.05 eV。

如第6A圖所示，黏著層56位於第二電極23與基板57之間以將光電轉換元件2固定在基板57上並使第二電極23與基板57之一第三電極23e電連接，複數條金屬線2311連接第一電極24與基板57之第四電極24e以形成電連接。在本實施例中，表面2S的面積至少大於30 mm² 。在一實施例中，該光電轉換元件2具有單一個太陽能電池晶片，且該太陽能電池晶片具有垂直堆疊的複數個p-n接面225，詳言之，複數個p-n接面225垂直堆疊在導電基板21上，其中複數個p-n接面的能隙可相同或不同，較佳地為相同，且複數個p-n接面225的能隙皆小於發光二極體晶片中主動層152的第一能隙以吸收光線3；在另一實施例中，該光電轉換元件2包含多個太陽能電池晶片，各該太陽能電池晶片各具有一個或複數個垂直堆疊的p-n接面225；半導體磊晶疊層22中的p-n接面225吸收光線3並轉換成電能P2後，可藉由第一電極24以及第二電極23傳輸至第二可充放電元件51儲存，第一電極24以及第二電極23的材料包含鍺(Ge)、金(Au)、 鎳(Ni)、鈹(Be)或其合金，第一電極24與半導體磊晶疊層22形成低電阻接觸，其中低電阻接觸的電阻值小於 10^-4 Ω-cm；第二電極23與導電基板21形成低電阻接觸，其中低電阻接觸的電阻值小於 10^-4 Ω-cm。

如第6C圖顯示第6A圖中光電轉換元件2與基板57的上視圖，基板57之第四電極24e電性連接第一電極24，以及第三電極23e電性連接第二電極23。從基板57之上視圖觀之，第三電極23e與第四電極24e圍繞光電轉換元件2；從光電轉換元件2之上視圖觀之，第一電極24包含兩打線電極24a以及複數條相互平行的柵狀電極24b位於兩打線電極24a之間，複數條柵狀電極24b與兩打線電極24a垂直且直接連接，其中兩打線電極24a為一長條形，且短邊的寬度介於0.1 mm到1 mm之間且長邊分別沿晶片相對的兩邊延伸，藉由複數條金屬線2311跨過第三電極23e並連接打線電極24a與第四電極24e，使第四電極24e電性連接打線電極24a，複數條柵狀電極24b的寬度界於1 μm到100 μm之間。第三電極23e與第四電極24e電性連接第二可充放電元件51，用以傳導出電能P2對第二可充放電元件51充電。請參照第6A圖所示，於操作時，發光二極體晶片之出光表面11正對於表面2S，使第一裝置5及第二裝置6對位且疊合，並使光線3以最短距離穿過表面2S使光電轉換元件2之p-n接面225吸收光線3並轉換成電能；在本實施例中，於操作時，二極體晶片與太陽能電池晶片相對之表面之間的距離小於15 mm，較佳地小於10 mm；其中，光電轉換元件2的轉換效率大於40%，轉換效率係指光線3射入表面2S的能量功率(W)與光電轉換元件2輸出電能P2之功率(W)的比值。當發光元件1位於垂直於光電轉換元件2的表面2S的法線方向N上時，光電轉換元件2輸出電能P2之功率(W)與輸入發光元件1之第一電能P1之功率(W)的比值(P2/P1)大於20%。較佳地，光電轉換系統可包含一對準裝置8設置於第一裝置6與第二裝置5上用以使發光元件1對準於表面2S的法線方向N上，在一實施例中，對準裝置包含一突出部81位於第一裝置6的表面以及一對應的凹部82位於第二裝置5之透明載板4的表面，其上視圖如第7C圖所示，當第一裝置6的突出部81與第二裝置5的凹部82嵌合時，發光元件1垂直正對於該表面2S的法線方向N上以提高光電轉換效率；在另一實施例中，第一裝置6係可拆裝地結合於該第二裝置5，讓使用者可以選擇性地將第一裝置6結合於該第二裝置5上。

如第7A圖及第7B圖為本申請之第二裝置之另一其他可行之實施例，相較於第5圖之實施例，第7A圖之第二裝置5可包含複數個次光電轉換元件2’排列成二維陣列；或是如第7B圖所示，複數個次光電轉換元件2’位於非顯示區54上並沿著顯示區53之一側邊排列，其中每一個複數個次光電轉換元件2’皆與前述光電轉換元件2的結構相同，所有複數個次光電轉換元件2’中吸收光線3的表面2S總面積至少大於30 mm² 。在另一實施例中，第一裝置6包含複數個發光元件，每一個複數個次光電轉換元件2’可藉由對準裝置8分別對應到每一個複數個發光元件。複數個次光電轉換元件2’在基板57上彼此並聯、串聯或串並聯使得光電轉換元件2具有一開路電壓(open-circuit voltage)，其中開路電壓大於驅動第二裝置5的一驅動電壓且二者相差小於驅動電壓的20%，因第二裝置5所需的驅動電壓與光電轉換元件2提供的開路電壓相近，藉此能夠增加該光電轉換系統之系統效率。

需注意的是，本發明所列舉之各實施例僅用以說明本發明，並非用以限制本發明之範圍。任何人對本發明所作顯而易見的修飾或變更皆不脫離本發明之精神與範圍。不同實施例中具有相同名稱或具相同標號的構件，應具有相同的結構或材料特性，例如物理或化學特性。此外，本發明中上述之實施例所述的各構件，在適當的情況下是可互相組合或替換，而非僅限於所描述之特定實施例。在一實施例中詳細描述之特定構件與其他構件的連接關係亦可以應用於其他實施例中，且均落於如後所述之本發明之權利保護範圍的範疇中。

1‧‧‧發光元件
10‧‧‧導電基板
11‧‧‧出光表面
111、112‧‧‧邊界
12‧‧‧打線電極
12b‧‧‧縱向延伸電極
12a‧‧‧橫向延伸電極
122‧‧‧反射結構
1220‧‧‧金屬接觸層
1222‧‧‧金屬阻障層
1224‧‧‧金屬黏結層
1226‧‧‧金屬反射層
123‧‧‧透明導電結構
1230‧‧‧第一導電氧化層
1232‧‧‧第二導電氧化層
14‧‧‧絕緣層
142‧‧‧開口
15‧‧‧發光疊層
151‧‧‧第一包覆層
152‧‧‧主動層
153‧‧‧第二包覆層
16‧‧‧電接觸層
17‧‧‧導電黏結層
18‧‧‧第二電極
181‧‧‧第一電極
19‧‧‧窗戶層
2‧‧‧光電轉換元件
2'‧‧‧次光電轉換元件
2S‧‧‧表面
21‧‧‧導電基板
22‧‧‧半導體磊晶疊層
221‧‧‧背面電場
222‧‧‧基底層
223‧‧‧發射層
224‧‧‧窗戶層
225‧‧‧p-n接面
23‧‧‧第二電極
23e‧‧‧第三電極
2311‧‧‧金屬線
24‧‧‧第一電極
24a‧‧‧打線電極
24b‧‧‧柵狀電極
24e‧‧‧第四電極
3‧‧‧光線
4‧‧‧透明載板
5‧‧‧第二裝置
5S‧‧‧表面
51‧‧‧第二可充放電元件
52‧‧‧第二傳輸埠
53‧‧‧顯示區
54‧‧‧非顯示區
55‧‧‧固定裝置
56‧‧‧黏著層
57‧‧‧基板
58‧‧‧第一膠層
59‧‧‧第二膠層
6‧‧‧第一裝置
6S‧‧‧第一側
61‧‧‧第一可充放電元件
62‧‧‧第一傳輸埠
63‧‧‧閃光燈
64‧‧‧攝影鏡頭
65‧‧‧開口
8‧‧‧對準裝置
81‧‧‧突出部
82‧‧‧凹部
P1‧‧‧第一電能
P2‧‧‧第二電能
N‧‧‧法線方向

第1圖顯示依本申請一實施例之光電轉換系統示意圖；

第2圖顯示第一圖之第一裝置之剖面示意圖；

第3圖顯示依本申請另一實施例之第一裝置之平面示意圖；

第4A圖顯示第一裝置之發光二極體晶片的上視圖；

第4B圖顯示第一裝置之發光二極體晶片的剖面圖；

第5圖顯示依本申請另一實施例之第二裝置之平面示意圖；

第6A圖顯示本申請一實施例之光電轉換系統的局部剖面圖；

第6B圖顯示依本申請一實施例之光電轉換元件的結構示意圖；

第6C圖顯示依本申請一實施例之第二裝置中光電轉換元件與基板的上視圖；

第7A-7C圖顯示依本申請其他實施例之第二裝置之平面示意圖。

1‧‧‧發光元件

2‧‧‧光電轉換元件

3‧‧‧光線

5‧‧‧第二裝置

51‧‧‧第二可充放電元件

52‧‧‧傳輸埠

6‧‧‧第一裝置

61‧‧‧第一可充放電元件

62‧‧‧傳輸埠

P1‧‧‧第一電能

P2‧‧‧第二電能

Claims (30)

1. 一光電轉換系統，包含： 一第一裝置包含一發光元件，其中該發光元件接收一第一電能以驅動該發光元件發出一光線；以及 一第二裝置包含一光電轉換元件用以吸收該光線並以輸出一第二電能； 其中，該第二電能與該第一電能的比值大於20%。
2. 如第1項所述的光電轉換系統，其中該第一裝置更包含一第一可充放電元件輸出該第一電能，且該發光元件的功率效率大於50%。
3. 如第1項所述的光電轉換系統，更包含一第二可充放電元件連接該光電轉換元件，其中該光電轉換元件以該第二電能對該第二可充放電元件充電。
4. 如第1項所述的光電轉換系統，其中該光線具有一峰波長大於720 nm。
5. 如第1項所述的光電轉換系統，其中該光電轉換元件包含一表面，該光線穿透該表面使該光電轉換元件吸收該光線，當該發光元件位於垂直於該表面的法線方向上，該光電轉換元件的轉換效率大於40%。
6. 如第1項所述的光電轉換系統，更包含一對準裝置位於該第一裝置與該第二裝置之間，使該發光元件位於垂直於該表面的法線方向上。
7. 如第5項所述的光電轉換系統，其中該光電轉換元件之該表面的面積大於30 mm² 。
8. 如第1項所述的光電轉換系統，其中該光電轉換元件具有一開路電壓，該第二裝置包含一電子電路元件，且該電子電路元件具有一驅動電壓，該開路電壓與該驅動電壓相差小於該驅動電壓的20%。
9. 如第1項所述的光電轉換系統，其中該第二裝置為一穿戴裝置，包含一顯示區以及一非顯示區鄰接該顯示區，其中該光電轉換元件位於該非顯示區。
10. 如第9項所述的光電轉換系統，其中該第二裝置包含複數個次光電轉換元件彼此並聯或串聯。
11. 如第10項所述的光電轉換系統，其中該複數個次光電轉換元件沿著該顯示區之一側邊排列。
12. 如第10項所述的光電轉換系統，其中該複數個次光電轉換元件排列成二維陣列。
13. 如第9項所述的光電轉換系統，其中該第二裝置更包含一透明載板覆蓋該顯示區以及該非顯示區。
14. 如第10項所述的光電轉換系統，其中該光電轉換元件包含一第一電極、一第二電極、以及至少一p-n接面與該第一電極及該第二電極電性連接。
15. 如第14項所述的光電轉換系統，其中該光電轉換元件包含複數個p-n 接面垂直堆疊於一單一晶片。
16. 如第15項所述的光電轉換系統，其中該複數p-n 接面具有相同之能隙。
17. 如第14項所述的光電轉換系統，其中該光電轉換元件包含多個晶片，各該晶片具有一p-n 接面。
18. 如第18項所述的光電轉換系統，其中該第二裝置更包含一軟板以及一黏著層，該光電轉換元件藉由該黏著層固定在該軟板上。
19. 如第18項所述的光電轉換系統，其中該軟板包含一第三電極電性連接該第二電極，以及一第四電極電性連接該第一電極。
20. 如第19項所述的光電轉換系統，其中該第二裝置包含電性連接於該光電轉換元件之一第二可充放電元件，該光電轉換元件以該第二電能對該第二可充放電元件充電，且該第三電極以及該第四電極電性連接該第二可充放電元件。
21. 如第19項所述的光電轉換系統，其中從該軟板之上視圖觀之，該第三電極與該第四電極圍繞該光電轉換元件。
22. 如第18項所述的光電轉換系統，其中該第二裝置更包含一第一膠層覆蓋該光電轉換元件。
23. 如第22項所述的光電轉換系統，其中該第二裝置更包含一第二膠層及一透明載板，該第二膠層在該透明載板與該第一膠層之間，其中該第一膠層與該第二膠層包含相異的材料。
24. 如第14項所述的光電轉換系統，其中該發光元件包含一發光二極體晶片，該發光二極體晶片包含一主動層包含一第一能隙以發出該光線，該至少一p-n接面包含一第二能隙小於該第一能隙以吸收該光線，且該第一能隙與該第二能隙差異小於0.1eV。
25. 如第1項所述的光電轉換系統，其中該第二裝置更包含一透明載板對於該光線的穿透率大於90%以上。
26. 如第25項所述的光電轉換系統，其中透明載板包含玻璃或藍寶石。
27. 如第25項所述的光電轉換系統，其中該光電轉換元件之表面與該透明載板之間的距離介於5μm到1000μm之間。
28. 如第1項所述的光電轉換系統，該第一裝置係可拆裝地結合於該第二裝置。
29. 如第1項所述的光電轉換系統，其中該光線之峰波長為840～860 nm，且該光電轉換元件具有一p-n接面，該p-n接面的吸收波長小於870 nm。
30. 如第1項所述的光電轉換系統，其中該發光元件具有材料為砷化鎵銦(Ga_x In_1-x As，0.03≤x≤0.09)之一主動層，且該光電轉換元件具有由不同砷化鎵(GaAs)材料形成的一p-n接面。