[發(fā)明專利]一種透明柔性的寬光譜光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)及制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910275800.7
• 申請日: 2019-04-08
• 公開（公告）號: CN109950340B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉歡;劉衛(wèi)國;白民宇;安妍;舒利利;韓軍;劉蓉
• 申請（專利權(quán)）人: 西安工業(yè)大學
• 主分類號: H01L31/0392
• 分類號: H01L31/0392;H01L31/0224;H01L31/028;H01L31/0352;H01L31/0216;H01L31/09;H01L31/18
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

本發(fā)明公開了一種透明柔性的寬光譜光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)及制作方法，該寬光譜光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)包括基底、下電極、光敏層、上電極以及保護層；下電極覆蓋在基底的上表面，光敏層覆蓋在下電極的上表面，上電極覆蓋在光敏層的上表面，保護層覆蓋在上電極的上表面，構(gòu)成多層復合結(jié)構(gòu)；采用透明柔性材料制作基底和保護層，以導電納米線網(wǎng)格制作下電極和上電極，以寬光譜光電轉(zhuǎn)換材料制作光敏層；下電極、上電極和光敏層的薄膜構(gòu)成寬光譜光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，該寬光譜光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)具有良好的透光性和柔韌性，可在一定范圍內(nèi)承受彎折、扭轉(zhuǎn)等變形，并具有優(yōu)良的耐沖擊性能，與柔性電路集成后，可以在曲面上安裝，在沖擊載荷條件下使用。可滿足吸收轉(zhuǎn)換一部分光能，又能透過一部分光能的應用需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電探測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種透明柔性的寬光譜光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)及制作方法。

背景技術(shù)

光電探測器是由光照引起被照射材料電導率發(fā)生改變而進行探測。光電探測器具有廣泛用途,例如成像、探測、工業(yè)自動控制和光度計量等。光電探測器由光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和處理電路構(gòu)成，其中光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)是光電探測器核心元件。

單晶硅光電探測器是目前廣泛應用的一種光電探測器。單晶硅是一種優(yōu)良的半導體材料，具有較好的光電轉(zhuǎn)換性能；同時單晶硅工藝成熟，與半導體集成電路芯片工藝兼容性高，因此單晶硅光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)在各類光電探測器中得到了廣泛應用。隨著社會發(fā)展與技術(shù)進步，光電探測器的應用越來越廣泛和深入，在很多場合下，光電探測器需要滿足曲面安裝或者在沖擊載荷下良好工作，例如智能汽車、無人機、機器人、可穿戴設(shè)備以及制導武器等，但是由于單晶硅是脆硬材料，使得以單晶硅光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的光電探測器在這些場合下的應用受到很大的限制。在某些自然條件下有時需要降低光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)受到的光照強度并減少光照產(chǎn)生的溫升，就需要該結(jié)構(gòu)既能吸收轉(zhuǎn)換一部分光能，又能透過一部分光能，這結(jié)構(gòu)的透明程度提出了需求，而硅材料不透可見光，無法實現(xiàn)該功能。

發(fā)明內(nèi)容

為解決以上問題，本發(fā)明提出一種透明柔性的寬光譜光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)及制作方法。該光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)由柔性材料構(gòu)成，可在一定范圍的翹曲、扭轉(zhuǎn)等非常規(guī)姿態(tài)下穩(wěn)定工作，并具有優(yōu)良的耐沖擊性能，與柔性電路集成后，可以在曲面上安裝，在沖擊載荷條件下使用，可以安裝至絕大多數(shù)載具。并且該結(jié)構(gòu)的材料具有一定透明度，可滿足吸收轉(zhuǎn)換一部分光能，又能透過一部分光能的應用需求。

為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用如下方案。

一種透明柔性的寬光譜光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，包括基底1、下電極2、光敏層3、上電極4以及保護層5；所述基底1由透明柔性材料構(gòu)成，其上表面具有三維微結(jié)構(gòu)；保護層5由透明柔性材料構(gòu)成，其下表面具有三維微結(jié)構(gòu)；下電極2和上電極4均為具有柔性的透明導電薄膜；光敏層3為具有柔性和透明度的寬光譜光電轉(zhuǎn)換材料薄膜；所述下電極2覆蓋在基底1上表面三維微結(jié)構(gòu)的表面，光敏層3覆蓋在下電極2的上表面，上電極4覆蓋在光敏層3的上表面，保護層5覆蓋在上電極的上表面，構(gòu)成縱向多層寬光譜光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)；該結(jié)構(gòu)具有柔性，能夠在一定范圍內(nèi)承受彎折、扭轉(zhuǎn)變形，適應曲面應用需求，同時能夠在沖擊載荷條件下應用；該結(jié)構(gòu)的基底1、下電極2、光敏層3、上電極4以及保護層5均具有透明度，能夠?qū)崿F(xiàn)部分光波吸收并轉(zhuǎn)換為電信號，部分光波透過結(jié)構(gòu)；

可見光到近紅外波段的光波穿過透明的保護層5，然后透過透明的上電極4，到達光敏層3，光敏層3在光波的激發(fā)下產(chǎn)生光生載流子，光波繼續(xù)穿過下電極2后到達透明的基底1與下電極2貼合的表面，部分光波透過基底1到達結(jié)構(gòu)外空間，部分光波被基底1反射并穿過下電極2后再次到達光敏層3，再次激發(fā)光敏層3產(chǎn)生光生載流子，由光敏層3產(chǎn)生的光生載流子包括電子和空穴兩類，若上電極4接外電路正極、下電極2接外電路負極，其中的電子在上電極4和下電極2產(chǎn)生的電場作用下向上電極4運動，空穴在上電極4和下電極2產(chǎn)生的電場作用下向下電極2運動，到達上下電極的光生載流子被分別被電極收集并向外電路流出，從而形成光電流，光電流的大小代表了光信號的強弱，實現(xiàn)對可見光到近紅外波段的光波的探測。

所述的基底1和保護層5的透明柔性材料壓印成型，采用PDMS有機硅膠。