[發明專利]一種高效的二維超晶格異質結光伏器件及其制備

有效

• 申請號: 201810689047.1
• 申請日: 2018-06-28
• 公開（公告）號: CN108899423B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 湯乃云
• 申請（專利權）人: 上海電力學院
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司 31225
• 代理人: 劉燕武

本發明涉及一種高效的二維超晶格異質結光伏器件及其制備，其制備方法具體為：a)取由襯底(1)、二氧化硅層(2)和多層二維材料復合而成的器件結構浸入到含有機分子的電解質溶液中；b)在多層二維材料上制作三電極體系并施加負電壓，使帶正電荷的有機分子插入到多層二維材料的部分區域內，形成二維超晶格結構(4)，進一步得到二維超晶格異質結構；c)最后，在二維超晶格異質結構的兩端生長金屬電極，即完成。與現有技術相比，本發明開發了一類二維材料和有機分子層相互交替的穩定超晶格材料。該超晶格材料和二維多層材料構成異質結光伏器件，其結果等效于多個二維材料異質結并聯，光吸收效率高，具有優異的遷移性和穩定性。

技術領域

本發明屬于半導體器件技術領域，涉及一種高效的二維超晶格異質結光伏器件及其制備。

背景技術

二維納米材料已成為新一代高性能納米材料，是國際前沿研究的核心材料之一。以單層MoS₂為例，其電子遷移率在室溫下可以達到200cm²/Vs。同時，在獲得同樣效果的電子運動時，MoS₂比Si更輕薄。在穩定狀態下耗能比Si晶體管小十萬倍。同時MoS₂具有直接帶隙，使用MoS₂制成的發光器件具有優異的的光電性能。同時基于MoS₂的柔性特征，器件可彎曲與伸展，由此誕生眾多新型應用領域。如果將不同類型的具有各種尺寸和對稱性的有機分子插入到二維材料中，不但可以減弱層間耦合作用，還可以保持二維材料自身優良的電學性能。通過改變插層分子類型，可以實現對這些新型超晶格結構的調整，從而使其具有期望的電子和光學性質。

由二維層狀材料所構成的超晶格結構，因具有特殊的光電性能而受到廣泛關注，無論是石墨烯還是過渡金屬二硫屬元素化合物，亦或是近年來研究火熱的黑磷，都表現出了極大的應用潛力。構建這種人工超晶格的策略主要有兩種：1)自上而下：通過層層剝離和多次堆疊技術實現組裝。但產量不高，同時可重復性差。2)自下而上：利用CVD得到高品質的異質結構。但是不適合多層周期性超晶格構建。3)堿金屬離子插層二維原子晶體所形成的超晶格，由于離子摻雜的影響，導致材料電學性能發生改變。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術所存在缺陷而提供一種高效的二維超晶格異質結光伏器件及其制備。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

本發明的目的之一在于提出了一種高效的二維超晶格異質結光伏器件，至少包括襯底、生長在襯底上的二氧化硅層上，以及覆蓋在二氧化硅層上的多層二維材料，在多層二維材料部分區域內的各層之間嵌入有機分子層，以形成二維超晶格結構，所述二維超晶格結構與未嵌入有機分子層的多層二維材料部分組成二維超晶格異質結構，所述二維超晶格異質結構的兩端分別生長有金屬電極。

進一步的，所述的多層二維材料為二碲化鉬、二硫化鉬、二硒化鎢、硒化銦、硒化錫、黑磷或硫化鍺。

進一步的，所述的多層二維材料的厚度在1nm以上。

進一步的，所述的有機分子層中的有機分子為十六烷基三甲基溴化銨、四丁基溴化銨或四十二烷基溴化銨。

進一步的，所述的二氧化硅層的厚度為30-300nm。

進一步的，所述的金屬電極的材料為金、銀、鋁或鈦，其厚度為10-200nm。

本發明將不同類型的具有各種尺寸和對稱性的有機分子替換堿金屬離子插入到二維材料中，不但可以減弱層間耦合作用，還可以保持材料自身優良的電學性能。通過改變插層分子類型，可以實現對這些新型超晶格結構的調整，從而使其具有期望的電子和光學性質。

本發明目的之二在于提出上述高效的二維超晶格異質結光伏器件的制備方法，包括以下步驟：

a)取由襯底、二氧化硅層和多層二維材料復合而成的器件結構浸入到含有機分子的電解質溶液中；