[發(fā)明專利]一種光伏裝置以及一種產(chǎn)生光伏效應(yīng)的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610357622.9
• 申請日: 2016-05-26
• 公開（公告）號: CN107437568B
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭麗偉;楊軍偉;陳小龍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院物理研究所
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L31/0256;H01L31/028
• 代理公司: 北京泛華偉業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11280
• 代理人: 王勇

本發(fā)明提供一種光伏裝置，包括光源和光伏器件，所述光伏器件包括高阻光增益半導(dǎo)體襯底，位于所述高阻光增益半導(dǎo)體襯底上的石墨烯層，位于所述高阻光增益半導(dǎo)體襯底和所述石墨烯層上的第一電極和第二電極，以及位于所述高阻光增益半導(dǎo)體襯底之下并且與所述高阻光增益半導(dǎo)體襯底接觸的第三電極，所述光源發(fā)射的光的能量大于所述高阻光增益半導(dǎo)體襯底的帶隙并且輻照所述第一電極，所述第三電極在所述第一電極的下方。本發(fā)明的光伏裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對輻照光的超快響應(yīng)和高靈敏探測，甚至可以實現(xiàn)石墨烯的光邏輯功能，可以作為超快、高靈敏的光探測器，或光邏輯器件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光伏裝置以及一種產(chǎn)生光伏效應(yīng)的方法。

背景技術(shù)

能源是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)和社會發(fā)展進步的動力，在能源枯竭與環(huán)境污染問題日益嚴重的今天，人們渴望用安全環(huán)保的可再生能源來替代常規(guī)能源。自從1839年法國科學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)光伏效應(yīng)以來，以半導(dǎo)體光伏效應(yīng)為基礎(chǔ)的光伏發(fā)電技術(shù)不斷發(fā)展，各種光伏器件也層出不窮，逐漸能夠滿足人類的需求。目前太陽能電池朝著低成本、高效率的方向發(fā)展。傳統(tǒng)的半導(dǎo)體光伏器件基于PN結(jié)原理的光伏效應(yīng)，其器件工藝復(fù)雜且器件尺寸較大，限制了傳統(tǒng)光伏器件在小尺寸器件方面的廣泛應(yīng)用，特別在微納米器件和柔性器件的應(yīng)用方面表現(xiàn)出較大的局限性。

單原子層厚的石墨烯材料自從發(fā)現(xiàn)以來，由于其獨特的力學(xué)、電學(xué)，光學(xué)和熱學(xué)等性能，引起了人們的極大關(guān)注。石墨烯這些優(yōu)良的物理性能，使其廣泛應(yīng)用于能源、材料和電子器件等領(lǐng)域。作為極具潛力的下一代透明電極材料，石墨烯有望取代傳統(tǒng)的金屬和ITO電極應(yīng)用到光電器件中，為基于石墨烯的微納米和柔性器件提供機會。在石墨烯光伏器件中，石墨烯不僅可以作為透明導(dǎo)電薄膜，還可以在與半導(dǎo)體的界面處分離光生載流子。當(dāng)能量大于半導(dǎo)體帶隙的光源照射到石墨烯/半導(dǎo)體界面，半導(dǎo)體材料中的價帶電子吸收光子的能量躍遷到導(dǎo)帶產(chǎn)生光生載流子，并在半導(dǎo)體與石墨烯的界面處形成的內(nèi)建電場作用下快速轉(zhuǎn)移到石墨烯上，從而改變石墨烯的費米能級。當(dāng)僅有一個石墨烯的電極受到輻照后，就會在石墨烯的兩端電極上建立起電壓差產(chǎn)生光伏效應(yīng)。但是,在這種情況下產(chǎn)生的光伏效應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換效率較低、響應(yīng)速度慢、并且不利于調(diào)控。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種光伏裝置，包括光源和光伏器件，所述光伏器件包括高阻光增益半導(dǎo)體襯底，位于所述高阻光增益半導(dǎo)體襯底上的石墨烯層，位于所述高阻光增益半導(dǎo)體襯底和所述石墨烯層上的第一電極和第二電極，以及位于所述高阻光增益半導(dǎo)體襯底之下并且與所述高阻光增益半導(dǎo)體襯底接觸的第三電極，其中，所述第一電極的一部分與所述高阻光增益半導(dǎo)體襯底接觸，另一部分與所述石墨烯層接觸，所述第二電極的一部分與所述高阻光增益半導(dǎo)體襯底接觸，另一部分與所述石墨烯層接觸，所述光源發(fā)射的光的能量大于所述高阻光增益半導(dǎo)體襯底的帶隙并且輻照所述第一電極，所述第三電極在所述第一電極的下方。

根據(jù)本發(fā)明的光伏裝置，優(yōu)選地，還包括布置在所述高阻光增益半導(dǎo)體襯底之下的絕緣介質(zhì)層，所述第三電極位于所述絕緣介質(zhì)層之下并與所述絕緣介質(zhì)層接觸。

根據(jù)本發(fā)明的光伏裝置，優(yōu)選地，所述第三電極在所述第一電極的正下方。

根據(jù)本發(fā)明的光伏裝置，優(yōu)選地，所述高阻光增益半導(dǎo)體襯底為高阻有機半導(dǎo)體或高阻無機半導(dǎo)體。

根據(jù)本發(fā)明的光伏裝置，優(yōu)選地，所述光源為紫外光源，所述高阻光增益半導(dǎo)體襯底為SiC；或者所述光源為可見光源，所述高阻光增益半導(dǎo)體襯底為GaP或GaAs。

根據(jù)本發(fā)明的光伏裝置，優(yōu)選地，所述高阻光增益半導(dǎo)體襯底的厚度大于50nm。

根據(jù)本發(fā)明的光伏裝置，優(yōu)選地，所述絕緣介質(zhì)層為AlO₂、SiO₂或HfO₂。

根據(jù)本發(fā)明的光伏裝置，優(yōu)選地，所述第一電極、所述第二電極和所述第三電極為金屬電極。