[發明專利]一種增強光電效應的石墨烯基半導體光電器件及其制備方法

有效

• 申請號: 201210520713.1
• 申請日: 2012-12-06
• 公開（公告）號: CN103855229A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 魏峰;曾亭;杜軍;熊玉華
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: H01L31/0216
• 分類號: H01L31/0216;H01L31/072;H01L31/0745;H01L31/18
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 陳波

技術領域

本發明屬于光電器件技術領域，具體涉及一種增強光電效應的石墨烯基半導體光電器件及其制備方法。

背景技術

石墨烯具有超高的透過率及電子遷移率，在光電器件中很廣泛的應用前景。在太陽能電池中的應用，石墨烯薄層可以被分散與聚合物耦合來提高激發電子的分離和電荷的傳輸；在有機和染化太陽能電池中，石墨烯用作透明導電電極，盡管它的電池效率還低于ITO和FTO電極；但對于已經被廣泛研究的碳納米管來說，石墨烯還是有它很多優勢的。單雙層石墨烯具有高導電性，能避免碳納米管與納米管帶之間的接觸電阻，有最小的多孔性，非常平坦的表面等優點促使其在器件中的應用。

石墨烯是一種典型的半金屬，功函數約為4.8?eV；當與功函數低于該值的半導體結合時，即可形成異質結。研究表明石墨烯/半導體異質結形成的電池具有較低的光電轉換效率，遠遠達不到工業應用的要求。需要找到提高石墨烯基半導體異質結光電效應的方法，發掘出石墨烯在光電領域的應用價值。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供一種增強光電效應的石墨烯基半導體光電器件及其制備方法。

一種增強光電效應的石墨烯基半導體光電器件，包括依次層疊的背電極、半導體襯底、石墨烯和頂電極，所述石墨烯和頂電極之間具有一層金屬氧化物薄膜。

所述金屬氧化物薄膜的材料為ZnO、Mo₂O₃或鈦的氧化物。

所述金屬氧化物薄膜的厚度為2?nm~100?nm。

所述半導體襯底的材料為為Si、Ge、GaAs或SiC的p型或n型半導體材料。

所述背電極為Al或Ag。

所述頂電極為Al、Ag或Ni和Al的合金。

上述增強光電效應的石墨烯基半導體光電器件的制備方法，包括如下具體步驟：

（1）清洗半導體襯底；

（2）石墨烯的制備和轉移：用化學氣相沉積法（Chemical?vapor?deposition，CVD）制備石墨烯，然后通過腐蝕基體法將石墨烯轉移到襯底上；

（3）利用磁控濺射技術在轉移好石墨烯的襯底上沉積金屬氧化物薄膜材料；沉積過程中，氧、氬比控制在0.1~1之間；

（4）利用磁控濺射技術在金屬氧化物薄膜上面沉積頂電極；

（5）利用磁控濺射技術在襯底背面沉積背電極。

本發明的有益效果為：本發明的光電器件在石墨烯表面沉積一種金屬氧化物薄膜，具有良好的光透過率，使得器件能很好地接收光；同時，氧化物薄膜具有很好的阻擋空穴傳輸電子的功能，能有效地阻止光生電子-空穴的復合，進而提高光電轉換效率。本發明的光電器件具有制備方法簡單、光電轉換效率明顯提高并且與新型的石墨烯材料相兼容等優點。

附圖說明

圖1為增強光電效應的石墨烯基半導體光電器件的基本結構示意圖。

圖中各標號為：1-半導體襯底，2-石墨烯，3-金屬氧化物薄膜，?4-頂電極，5-背電極。

圖2為增強光電效應的石墨烯基半導體光電器件的制備方法流程圖。

圖3為實施例1制備的石墨烯基半導體光電器件的光電特性曲線。

圖4為實施例2制備的石墨烯基半導體光電器件的光電特性曲線。

具體實施方式：

下面結合附圖對本發明石墨烯光電器件的制備做進一步詳細描述，并不意味著對本發明保護范圍的限制。

圖1為本發明的石墨烯基半導體光電器件的結構示意圖。是一種金屬氧化物作為阻擋功能層薄膜材料的光電器件，如圖1所示；該結構的半導體襯底1用于支撐整個器件的結構；在半導體襯底1上面轉移有石墨烯2，在石墨烯2上沉積一層金屬氧化物薄膜3，在金屬氧化物薄膜3上面沉積頂電極4；在半導體襯底1上沉積背電極5。

實施例1?

按圖2所示流程圖，一種增強光電效應的石墨烯基半導體光電器件的制備方法，包括如下具體步驟：

步驟1：襯底清洗，襯底為n型Si，主要起到與石墨烯形成異質結和支撐整個器件的作用。

步驟2：將CVD制備的石墨烯通過腐蝕基體法轉移在n型Si襯底上；

步驟3：利用磁控濺射在石墨烯上面沉積金屬氧化物ZnO薄膜材料，沉積前，腔室真空度在1×10^-4Pa；沉積過程中，腔室氣壓保持在3Pa，氧氬比控制在0.1~1之間，ZnO阻擋功能層材料的沉積厚度分別為15nm。