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一种自驱动宽光谱响应硅基杂化异质结光电传感器及其制备方法

阅读：430发布：2021-02-09

IPRDB可以提供一种自驱动宽光谱响应硅基杂化异质结光电传感器及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种自驱动宽光谱响应硅基杂化异质结光电传感器及其制备方法，其中所述光电传感器包括金属背电极、N型硅基底、N型硅纳米线阵列、有机聚合物半导体薄膜和传感器正极。其中，该杂化光电传感器器件特征在于N型硅纳米线阵列与有机聚合物半导体薄膜构成三维立体的异质结接触，有效缩短了光生载流子传输路径，提高分离效率，通过界面烷基化处理减少表/界面复合效应。所述的硅基微纳结构不仅是作为主要吸光层，而且还是光生载流子的产生和传输层，空穴传输层所述的为P型有机半导体薄膜。本发明的光电传感器具有自供电、宽光谱响应、低成本大面积制备、光电响应速度快等特点。，下面是一种自驱动宽光谱响应硅基杂化异质结光电传感器及其制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种自驱动宽光谱响应硅基杂化异质结光电传感器，其特征在于，所述光电传感器包括金属背电极(5)、N型硅基底(4)、N型硅纳米线阵列(3)、有机聚合物半导体薄膜(2)和传感器正极(1)；

其中，所述N型硅纳米线阵列(3)刻蚀在所述N型硅基底(4)上表面，所述有机聚合物半导体薄膜(2)覆盖在所述N型硅纳米线阵列(3)表面，所述传感器正极(1)设置在所述有机聚合物半导体薄膜(2)表面作为电池正极；所述金属背电极(5)设置在所述N型硅基底(4)下表面；

所述N型硅纳米线阵列(3)与所述有机聚合物半导体薄膜(2)构成三维立体的异质结接触。

2.根据权利要求1所述的一种自驱动宽光谱响应硅基杂化异质结光电传感器，其特征在于，所述有机聚合物半导体薄膜(2)为P型有机聚合物半导体薄膜；进一步优化可在所述P型有机聚合物半导体薄膜表面蒸镀一层过渡金属氧化物薄膜作为空穴传输层。

3.根据权利要求1所述的一种自驱动宽光谱响应硅基杂化异质结光电传感器，其特征在于，所述N型硅纳米线阵列(3)采用金属辅助化学反应刻蚀的方法得到，其中，所述纳米线的长度范围为0.5μm-1.2μm；所述N型硅纳米线阵列(3)表面通过烷基化处理做表面钝化。

4.根据权利要求2所述的一种自驱动宽光谱响应硅基杂化异质结光电传感器，其特征在于，所述有机聚合物半导体薄膜(2)的厚度范围为50～200nm，所述过渡金属氧化物薄膜的厚度范围为5～15nm。

5.根据权利要求1所述的一种自驱动宽光谱响应硅基杂化光电传感器，其特征在于，所述金属背电极(5)为铝薄膜，所述传感器正极(1)为金属半透明电极或者透明导电电极，其中所述金属半透明电极为银、金、钯或者钛，所述透明导电电极为铟锡氧化物。

6.根据权利要求3所述的一种自驱动宽光谱响应硅基杂化异质结光电传感器，其特征在于，所述纳米线的长度为1μm。

7.根据权利要求4所述的一种自驱动宽光谱响应硅基杂化异质结光电传感器，其特征在于，所述有机聚合物半导体薄膜(2)的厚度为100nm，后续优化所述空穴传输层的过渡金属氧化物薄膜厚度为10nm。

8.一种自驱动宽光谱响应硅基杂化异质结光电传感器的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：S1、采用金属辅助化学反应腐蚀法对干净N型单晶硅基片处理后得到具有硅纳米线阵列的N型硅基底(4)；

S2、用氢氟酸HF祛除所述N型硅基底(4)表面的氧化层；

S3、对所述N型硅基底(4)表面进行烷基化处理，得到钝化的N型硅纳米线阵列(3)结构表面；

S4、对所述N型硅纳米线阵列(3)上均匀旋涂有机物溶液，在惰性气氛中，在100～140摄氏度的条件下，退火处理若干分钟，形成有机聚合物半导体薄膜(2)，厚度约为100nm；

S5、在所述有机聚合物半导体薄膜(2)上热蒸发或电子束沉积一层半透明高功函数金属、或透明导电氧化物薄膜作为传感器正极(1)；

S6、在所述所述N型硅基底(4)的下表面用热蒸镀方法制备一层铝薄膜作为金属背电极(5)。

9.根据权利要求8所述的一种自驱动宽光谱响应硅基杂化异质结光电传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中烷基化处理的具体步骤如下：S31、将所述N型硅基底(4)快速转移到手套箱里；

S32、在N2气氛下，将所述N型硅基底(4)浸入饱和五氯化磷的氯苯溶液中，在100℃下反应60分钟，然后用四氢呋喃清洗干净，再将N型硅基底(4)放入1mol/L的甲基氯化镁的四氢呋喃溶液中，在80℃下反应8小时；

S33、用丙酮和乙醇清洗干净，得到烷基化处理的所述N型硅基底(4)。

说明书全文

一种自驱动宽光谱响应硅基杂化异质结光电传感器及其制备

方法

技术领域

[0001] 本发明涉及光电传感的技术领域，特别涉及一种自驱动宽光谱响应硅基杂化异质结光电传感器及其制备方法。

背景技术

[0002] 光电传感器应用十分广泛，在光通信、光纤传感、激光测距、跟踪制导、自动控制、森林防火、环境监测、科学研究等军用民用产品中均有广泛的应用。

[0003] 光电传感器可分为光传导型传感器、光伏型传感器和光子发射型传感器。一般来说，薄膜型光传导传感器的制作简单、成本低，但缺点是响应速度慢、难实现阵列控制，且功耗高。光子发射型传感器，响应速度快，但缺点是其制作成本高、设备依赖大且功耗很大。相对而言，光伏型传感器具有响应速度快、功耗低且易于大面积阵列制备，因此光伏型光电传感器式目前光电探测研究和发展的一个重点。

[0004] 目前，第一代光电探测器是基于单晶异质结型结构，主要包括Si、Ge、Se和GaAs等材料。其中Si具有更加可控的制备工艺、良好的稳定性、长寿命等特点，使得硅光电探测器获得广泛关注。但硅是一种间接带隙和窄带隙半导体材料，其吸收系数小，厚度大于200微米才能获得较好的光吸收效果。其次，制造高转换效率的硅光探测器件需要高纯硅、控制离子注入掺杂，同时需要热扩散等退火过程。因此硅光电传感器的制作工艺复杂、能耗高、可用波段较窄，其成本昂贵也成为该材料推广应用的主要障碍。

[0005] 传统全无机硅基光伏型传感器需要结晶质量良好的异质结型界面，但现有无机材料缺少与硅基材料能带匹配且性能稳定的p型半导体材料。近年来，大多数有机聚合物显示出优良的p型半导体特性，而且容易与n型硅之间形成良好的异质结(类肖特基结)，能作为空穴的快速传输层。

[0006] 有机半导体材料已经被广泛应用到杂化太阳能电池中，如公开号为102263204A的中国发明专利公开了一种有机-无机杂化太阳能电池及其制备方法，利用p型的共扼有机物作为电池的空穴传输层，并与硅纳米线阵列构成三维径向的p-n结杂化结构，提高对光的吸收和节约成本，再结合烷基化处理技术对修饰界面，提高电池的稳定性。同时，也关于有机半导体在杂化光电传感器中的报告，如公开号CN102222771 A报道了基于ZnO和有机半导体芴的杂化紫外光电传感器。解决ZnO不易实现p型掺杂的难题，可以在零偏置或低电压偏置条件下工作。

[0007] 如果将n型硅微纳结构与p型有机聚合物半导体材料结合起来，形成有机/无机杂化肖特基结，这些新颖异质结构型可以充分利用n型硅材料的高电子迁移率和p型有机半导体低温大面积、低成本、柔性等优势，同时当硅片厚度超薄时可以实现弯曲的柔性探测潜力。结合界面修饰方法，可以获得功耗低、响应速度快、广谱响应且光电性能稳定的光电器件。

[0008] 但现有报道的多种杂化太阳能电池器件，存在光电转换效率低、器件性能稳定性差等突出问题，这是主要是源于有机/无机杂化的异质结界面存在严重的复合效应。硅材料不仅是作为主要吸光层，而且还是光生载流子的产生和传输层，有机半导体仅作为光生空穴传输层，因此杂化异质结器件的界面特性是决定其性能的主要影响因素。

[0009] 为了提高光吸收和载流子分离效率，公开号为103337560A的中国发明专利公开了采用新型的硅纳米线—金字塔的三维硅纳米结构，以增加硅的比表面积，增强硅表面陷光能力。同时提高结区面积，增强光生载流子的分离效率。为了降低界面复合效应和钝化硅表面，公开号为CN103346260A的中国发明专利公开了有机薄膜与硅杂化太阳能电池器件，报道了通过界面钝化处理和有机薄膜钝化界面的方法优化器件，光电转换效率可达11％的有机/无机杂化太阳能电池。

[0010] 另一方面，因硅表面很容易氧化，如表面H化Si杂化太阳能电池器件，空气中放置后很容氧化[Phys.Chem.Chem.Phys.,17,27409-27413(2015)]，导致结界面处光生电荷的复合几率增高。如何有效钝化硅表面，提高异质结界面光电分离效率，是目前亟待解决的问题。有文献报道采用热蒸发蒸镀过渡金属氧化物，可以显著改善硅基传感器在室温下的稳定性和光电响应特性，其稳定性可以保持至少6个月，且光电响应性能无明显衰减(光电响应时间仍保持约1微秒)。见文献[C.X.Zhao,et.al.,ACS applied materials&interfaces 7,25981(2015)]。然而，热蒸发或电子束蒸发法较难以精确控制氧化物的厚度和薄膜内部缺陷，而且热蒸发等镀膜方法对设备的依赖度较大，导致器件的制备成本仍较高。

[0011] 因此，针对上述存在的问题有必要提出更进一步的解决方案。

发明内容

[0012] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种自驱动宽光谱响应硅基杂化异质结异质结光电传感器及其制备方法。

[0013] 本发明的第一方面公开了一种自驱动宽光谱响应硅基杂化异质结光电传感器，所述光电传感器包括金属背电极5、N型硅基底4、N型硅纳米线阵列3、有机聚合物半导体薄膜2和传感器正极1；

[0014] 其中，所述N型硅纳米线阵列3刻蚀在所述N型硅基底4上表面，所述有机聚合物半导体薄膜2覆盖在所述N型硅纳米线阵列3表面，所述传感器正极1设置在所述有机聚合物半导体薄膜2表面作为电池正极；所述金属背电极5设置在所述N型硅基底4下表面；

[0015] 所述N型硅纳米线阵列3与所述有机聚合物半导体薄膜2构成三维立体的异质结接触。

[0016] 进一步地，所述有机聚合物半导体薄膜2为P型有机聚合物半导体薄膜，同时在所述P型有机聚合物半导体薄膜表面蒸镀一层过渡金属氧化物薄膜，来优化空穴传输。

[0017] 进一步地，所述N型硅纳米线阵列3采用金属辅助化学反应刻蚀的方法得到，其中，所述纳米线的长度范围为0.8μm-1.2μm；所述N型硅纳米线阵列3表面通过烷基化处理做硅表面钝化。

[0018] 进一步地，所述有机聚合物半导体薄膜2的厚度范围为50～200nm，所述过渡金属氧化物薄膜的厚度范围为5～15nm。

[0019] 进一步地，所述金属背电极5为铝薄膜，所述传感器正极1为金属半透明电极或者透明导电电极，其中所述金属半透明电极为银、金、钯或者钛，所述透明导电电极为铟锡氧化物。

[0020] 进一步地，所述纳米线的长度为1μm。

[0021] 进一步地，所述有机聚合物半导体薄膜2的厚度为100nm。

[0022] 本发明的第二方面公开了一种自驱动宽光谱响应硅基杂化异质结光电传感器的制备方法，包括下列步骤：

[0023] S1、采用金属辅助化学反应腐蚀法对干净N型单晶硅基片处理后得到具有硅纳米线阵列的N型硅基底4；

[0024] S2、用氢氟酸HF祛除所述N型硅基底4表面的氧化层；

[0025] S3、对所述N型硅基底4表面进行烷基化处理，得到钝化的N型硅纳米线阵列3结构表面；

[0026] S4、对所述N型硅纳米线阵列3上均匀旋涂有机物溶液，在惰性气氛中，在100～140摄氏度的条件下，退火处理若干分钟，形成有机聚合物半导体薄膜2，厚度约为100nm；

[0027] S5、在所述有机聚合物半导体薄膜2上热蒸发或电子束沉积一层半透明高功函数金属或透明导电氧化物作为传感器正极1；

[0028] S6、在所述所述N型硅基底4的下表面用热蒸镀方法制备一层铝薄膜作为金属背电极5。

[0029] 进一步地，所述步骤S3中烷基化处理的具体步骤如下：

[0030] S31、将所述N型硅基底4快速转移到手套箱里；

[0031] S32、在N2气氛下，将所述N型硅基底4浸入饱和五氯化磷的氯苯溶液中，在100℃下反应60分钟，然后用四氢呋喃清洗干净，再将N型硅基底4放入1mol/L的甲基氯化镁的四氢呋喃溶液中，在80℃下反应8小时；

[0032] S33、用丙酮和乙醇清洗干净，得到烷基化处理的所述N型硅基底4。

[0033] 本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

[0034] (1)采用有机半导体薄膜与硅微纳结构形成异质结，从而可以减少硅片的使用量，降低了硅纯度的要求，简化工艺流程，降低器件制作成本，而且有利于实验大面积阵列、高密度探测元阵列制作。

[0035] (2)采用硅纳米结构，有效提高光吸收和减小硅的使用量，还能够有效缩短载流子传输距离，降低了载流子复合速率，提高光电响应速度。

[0036] (3)对硅纳米结构表面进行烷基化处理，这种改性的甲基化表面降低了硅表面缺陷态密度，改善了界面接触，增强了器件的稳定性；还提高载流子在界面处的分离和传输效率，从而提高了器件的性能。

[0037] (4)响应速度快，本发明的硅基杂化异质结异质结型光电传感器为光伏型器件，光生电子和空穴在内建电场下具有很高分离效率，且纳米结构缩短了光生载流子输运距离，提高了器件响应速度。

[0038] (5)低功耗，本发明光电传感器为光伏型器件，可以在零偏置条件下工作，实现自供电驱动。

[0039] (6)宽光谱响应，有机半导体与硅形成肖特基结接触，可以实现从300nm～1100nm光谱响应。

附图说明

[0040] 图1是本发明的有机半导体薄膜-硅异质结型光电传感器的二维结构示意图；

[0041] 图2是实施例三中的有机半导体薄膜(PEDOT:PSS)包裹硅纳米线阵列，并在其上蒸镀金属银薄膜电极的扫描电子显微镜(SEM)截面图；

[0042] 图3实施例三中所得的有机薄膜-硅杂化(PEDOT:PSS)异质结光电传感器的甲基化单波长电流-电压(I-V)曲线图；

[0043] 图4是实施例三中所得的有机薄膜-硅杂化(PEDOT:PSS)异质结光电传感器的甲基化单波长电流-时间(I-V)开关曲线图；

[0044] 图5是实施例四中所得的有机薄膜-硅杂化(Spiro-OMeTAD)异质结光电传感器的烷基化后单波长下的光电响应曲线图；

[0045] 图6是实施例四中所得的有机薄膜(Spiro-OMeTAD)-硅杂化异质结光电传感器的烷基化处理后的单波长光电流-电压(I-V)曲线图；

[0046] 图7是实施例四中所得的有机薄膜(Spiro-OMeTAD)-硅杂化异质结光电传感器的烷基化处理后的光电响应曲线图；

[0047] 其中，1-传感器正极，2-有机聚合物半导体薄膜，3-N型硅纳米线阵列，4-N型硅基底；5-金属背电极。

具体实施方式

[0048] 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0049] 实施例一

[0050] 本实施例公开了一种自驱动宽光谱响应硅基杂化异质结光电传感器，该光电传感器为一种烷基化处理的有机/无机杂化异质结型光电传感器，包括金属背电极5、N型硅基底4、N型硅纳米线阵列3、有机聚合物半导体薄膜2和传感器正极1(正面金属栅电极)。

[0051] 所述N型硅基底4上表面刻蚀为N型硅纳米线阵列3，然后在N型硅纳米线阵列3表面覆盖一层有机聚合物半导体薄膜2，有机聚合物半导体薄膜2的表面设有传感器正极1作为电池正极；所述N型硅基底4下表面设有作为金属背电极5的薄膜，能够与硅之间形成良好的欧姆接触，很好地起到收集电子的作用。

[0052] 有机聚合物半导体薄膜2为P型有机聚合物半导体薄膜，表面设有传感器正极1作为传感器正极。此外，为了优化改善空穴传输，可在P型有机聚合物半导体薄膜表面蒸镀一层过渡金属氧化物薄膜。

[0053] 上述技术方案中，构成所述有机聚合物导电薄膜有：

[0054] 聚( 3 ,4 -亚乙二氧基噻吩 )-聚( 苯乙烯磺酸 )p ol y( 3 ,4 -ethylenedioxythiophene):poly(stylenesulfonate),PEDOT:PSS、2,2',7,7'-Tetrakis-(N,N-di-4-methoxyphenylamino)-9,9'-spiro bifluorene(Spiro-OMeTAD)、或者聚(3-辛基噻吩(Poly(3-hexylthiophene)，P3HT)等有机聚合物薄膜中的一种材料。

[0055] 所述方案中的金属背电极5优选为铝薄膜，其作用是与N型的硅衬底形成欧姆接触，收集电子并引出电极，作为杂化异质结传感器的负极。

[0056] 所述方案中的N型硅基底4为N型单晶硅基底，其上表面是N型硅纳米线阵列3，所述的N型硅纳米线阵列3采用工艺简单的金属辅助化学反应刻蚀的方法得到，纳米线的长度范围为0.8μm-1.2μm，最优长度为1μm。其作用是提高硅的比表面积，增强硅的陷光能力，提高光的吸收和光生载流子分离效率。

[0057] 所述的硅纳米线阵列采用金属辅助化学反应刻蚀的方法得到。纳米线的最优长度为1μm。

[0058] 上述技术方案中，所述有机聚合物半导体薄膜2的厚度控制在50～200nm，优选厚度为100nm。

[0059] 所述的N型硅纳米线阵列3的表面均通过烷基化处理做硅表面钝化以修饰异质结界面，降低载流子在界面处的复合率，提高肖特基结的光生载流子分离和传输效率。

[0060] 在优选的技术方案中，所述传感器正极1即电池正极选自但不限于：银、金、钯或者钛等金属半透明电极或者铟锡氧化物(ITO)透明导电电极。其位于有机聚合物半导体薄膜2之上，其作用是让探测光透过、收集空穴并且引出电极，作为光电传感器的正极。

[0061] 实施例二

[0062] 本实施例公开一种自驱动宽光谱响应硅基杂化异质结光电传感器的制备方法，即上述有机半导体薄膜-硅异质结光电传感器的制备方法，包括如下步骤：

[0063] S1、采用金属辅助化学反应腐蚀法对干净N型单晶硅基片处理后得到硅纳米线阵列的N型硅基底4；

[0064] S2、用氢氟酸(HF)去除步骤S1处理后的N型硅基底4表面的氧化层；

[0065] S3、对步骤S2处理后的N型硅基底4表面进行烷基化处理，得到钝化的N型硅纳米线阵列3结构表面。

[0066] S4、在烷基化处理的N型硅纳米线阵列3上均匀旋涂有机物溶液。在惰性气氛中，在100～140摄氏度的条件下，退火处理10分钟，形成有机聚合物半导体薄膜2，厚度约为
100nm。

[0067] S5、所述的传感器正极1是在有机聚合物半导体薄膜2上热蒸发或电子束沉积一层半透明高功函数金属如，Ag、Au或Pt薄膜、铟锡氧化物透明电极，保证光透射，用于收集空穴。

[0068] S5X、为了改善有机聚合物半导体薄膜2界面的空穴传输特性，有机薄膜后与透明电极之间可以选择采用热蒸镀、磁控溅射和原子层沉积等镀膜方法在步骤S5中有机聚合物半导体薄膜2表面上沉积一层过渡金属氧化物薄膜作为传感器正极1，该步骤非必要步骤。

[0069] S6、所述的光电传感器负极是在步骤S5X处理后的N型硅基底4的下表面用热蒸镀的方法制备一层200nm的铝薄膜作为金属背电极5。

[0070] 上述制备流程中，步骤S1清洗是采用RCA标准清洗法，选用N型晶向为100的硅片进行清洗，去除硅片表面的金属杂质和有机物，制得干净硅基底；

[0071] 上述制备方法中，步骤S3所述烷基化的具体步骤如下：将步骤S2得到的N型硅基底4快速转移到手套箱里；在N2气氛下，将N型硅基底4浸入饱和五氯化磷的氯苯溶液中，在100℃下反应60分钟，然后用四氢呋喃清洗干净，再将N型硅基底4放入1mol/L的甲基氯化镁的四氢呋喃溶液中，在80℃下反应8小时；最后，用丙酮和乙醇清洗干净，得到烷基化处理的N型硅基底4。

[0072] 实施例三

[0073] 本实施例公开一种自驱动宽光谱响应硅基杂化异质结光电传感器的制备方法，即上述一种有机半导体薄膜PEDOT:PSS-硅异质结型光电传感器的制备方法：

[0074] SA1、使用商业化的双面抛光，电阻率为1～10欧姆每厘米，晶向为100的N型单晶硅片；用RCA标准清洗法将硅片清洗干净，然后用氮气吹干，得到N型硅基底；

[0075] 将清洗干净的平面硅基底放入4.8M的HF和0.02M的AgNO3混合溶液中，常温下通过控制反应不同刻蚀时间，得到不同长度的硅纳米线阵列。纳米线长度约为优化工艺是刻蚀10min，纳米线长度约为1μm，纳米线之间距离在50nm～450nm。将得到规整纳米线在30％(W/W)HNO3溶液中浸入60min去除硅表面的Ag颗粒，最后用去离子水洗净待用。

[0076] SA2、先用5％的氢氟酸去除步骤SA1处理后的N型硅基底表面的氧化层，然后快速转移到手套箱里，在氮气气氛下，再采用氯化/烷基化两步法对N型硅基底进行甲基化。具体的做法如下：先将氢化处理过的硅基底浸入饱和的五氯化磷的氯苯溶液中，在100℃下反应60分钟，然后用四氢呋喃溶液清洗干净，再将洗干净的硅基底放入1M的甲基氯化镁的四氢呋喃溶液中，在80℃下反应8小时。最后，用丙酮和乙醇清洗干净，得到甲基化处理的N型硅基底；

[0077] SA3、将步骤SA2处理后的N型硅基底从手套箱中取出，先在硅基底的背面用热蒸镀的方法制备出一层200nm的金属铝薄膜，作为器件的背电极；

[0078] SA4、随后配置PEDOT:PSS溶液(在CLEVIOS PH1000中掺杂5％的二甲基亚砜和1％的曲拉通X-100)，然后将步骤SA2制备好硅结构转移至手套箱内，并在其上旋涂PEDOT:PSS，有机薄膜厚度为50-150nm，硅纳米线阵列包覆了有机薄膜。

[0079] SA5、用热蒸镀在步骤SA3处理后的N型硅基底的表面用掩模板蒸镀一层100nm的银栅极，作为器件正极。本实施例所得电池的上表面截面图如图1所示，其从上往下分别为：传感器正极1(银薄膜)，有机聚合物半导体薄膜2，N型硅纳米线阵列3和N型硅基底4，金属背电极5(金属铝背电极)。蒸镀金属银后器件的扫描电镜截面如图2所示。

[0080] 在常温下，首先检验硅基杂化异质结光电传感器的自供电特性，单波长激光器来测试，激光波长为650nm，激光功率为250mW/cm2)条件下，测得本实施例1制得硅基杂化异质结传感器(纳米线长度为1微米)的短路电流为0.64mA，开路电压为0.8V，如图3所示。

[0081] 采用甲基化界面处理的PEDOT:PSS-硅异质结型光电传感器，在波长为650nm激光下的的光电响应开关特性曲线如图4所示。

[0082] 甲基化硅纳米线基杂化光电器件的光响应速度如图5所示，光电响应速度可达2.3微秒。

[0083] 实施例四

[0084] 本实施例公开一种自驱动宽光谱响应硅基杂化异质结光电传感器的制备方法，即上述一种有机半导体薄膜-硅异质结型光电传感器的制备方法，按照以下步骤制备一种有机半导体薄膜-硅异质结型光电传感器：

[0085] SB1、使用商业化的双面抛光硅片，电阻率为1～10欧姆每厘米，晶向为100的N型单晶硅片；用RCA标准清洗法将硅片清洗干净，然后用氮气吹干；

[0086] 将清洗干净的平面硅基底放入4.8M的HF和0.02M的AgNO3混合溶液中，在常温下通过控制不同刻蚀时间，得到不同长度的硅纳米线阵列。优化纳米线长度约为1μm，纳米线之间距离在50nm～450nm。将得到规整纳米线在30％(W/W)HNO3溶液中浸入60min去除硅表面的Ag颗粒，最后用去离子水洗净待用。

[0087] SB2、先用5％的氢氟酸去除步骤SB1处理后的N型硅基底表面的氧化层，然后快速转移到手套箱里，在氮气气氛下，再采用氯化/烷基化两步法对N型硅基底进行甲基化。具体的做法如下：先将氢化处理过的硅基底浸入饱和的五氯化磷的氯苯溶液中，在100℃下反应60分钟，然后用四氢呋喃溶液清洗干净，再将洗干净的硅基底放入1M的甲基氯化镁的四氢呋喃溶液中，在80℃下反应8小时。最后，用丙酮和乙醇清洗干净，得到甲基化处理的N型硅基底。

[0088] SB3、将步骤SB2处理后的N型硅基底从手套箱中取出，先在硅基底的背面用热蒸镀的方法制备出一层200nm的金属铝薄膜，作为器件的背电极；

[0089] SB4、随后以氯苯为溶剂，配置Spiro-OMeTAD溶液，将制备好硅结构转移至手套箱内，并在其上旋涂Spiro-OMeTAD薄膜，控制薄膜厚度为50-150nm，硅纳米线阵列包覆了有机薄膜后的扫描电镜截面如图2所示。

[0090] SB5、在高真空下，用热蒸镀在步骤SB4有机半导体薄膜上面用掩模板蒸镀一层100nm的银栅极，作为器件正极，得到所述过渡金属氧化物-硅异质结太阳能电池。本实施例所得电池的上表面截面图如图1所示，其从上往下分别为：银薄膜1，有机薄膜2，硅纳米线阵列3和N型硅基底4，金属铝背电极5。

[0091] 在常温下，首先检验硅基杂化异质结光电传感器的自供电特性，单波长激光器来测试，激光波长为650nm，激光功率为250mW/cm2)条件下，测得本实施例1制得硅基杂化异质结传感器(纳米线长度为1微米)的短路电流为0.455mA，开路电压为0.45V，如图6所示。

[0092] 采用甲基化界面处理的Spiro-OMeTAD-硅异质结型光电传感器的光响应速度如图7所示，光电响应速度可达1.95微秒。

[0093] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

标题	发布/更新时间	阅读量
光电传感器-专利编号CN109596151A	2020-05-11	811
光电传感器-专利编号CN107430955B	2020-05-12	463
光电传感器-专利编号CN108917798A	2020-05-13	199
光电传感器-专利编号CN110275216A	2020-05-11	886
光电传感器-专利编号CN104865611B	2020-05-13	817
光电传感器-专利编号CN109506776A	2020-05-12	943
光电传感器-专利编号CN110612609A	2020-05-11	841
光电传感器-专利编号CN105588607B	2020-05-13	484
光电传感器-专利编号CN110274616A	2020-05-11	734
光电传感器-专利编号CN109581392A	2020-05-12	913

一种自驱动宽光谱响应硅基杂化异质结光电传感器及其制备方法

一种自驱动宽光谱响应硅基杂化异质结光电传感器及其制备

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