[发明专利]一种光伏装置以及一种产生光伏效应的方法

说明书

一种光伏装置，包括光源和光伏器件，所述光伏器件包括低阻光增益半导体衬底、位于所述低阻光增益半导体衬底上的绝缘层、所述绝缘层的暴露出所述低阻光增益半导体衬底的一部分的开口、石墨烯层、第一电极和第二电极，其中，所述石墨烯层的一部分位于所述开口中的所述低阻光增益半导体上，另一部分位于所述绝缘层上，所述第一电极位于所述开口中，其一部分与所述低阻光增益半导体衬底接触，另一部分与所述石墨烯层接触，所述第二电极位于所述绝缘层和所述石墨烯层上，其一部分与所述石墨烯层接触，另一部分与所述绝缘层接触，其中，所述光源发射的光的能量大于所述低阻光增益半导体衬底的带隙。本发明的光伏装置为结构简单，尺寸小，在微纳器件和柔性器件中有潜在的应用。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种光伏装置以及一种产生光伏效应的方法。

背景技术

自从1947年贝尔实验室的科学家巴丁(John Bardeen)和布拉顿(WalterBrattain)发明了半导体晶体管之后，PN结作为现代半导体器件的基本结构单元在现代半导体光电组件和系统中得到了广泛的应用。基于PN结原理的光伏效应，贝尔实验室于1954年第一次做出了光电转换效率为6％的实用单晶硅光伏电池，开创了光伏发电的新纪元。半个多世纪以来，所有开发和利用的光伏器件都遵循这一原理。但是，传统半导体PN结复杂的器件工艺和较大的器件尺寸限制了其广泛应用，尤其在微纳器件和柔性器件的应用中有较大的局限性。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种光伏装置，包括光源和光伏器件，所述光伏器件包括低阻光增益半导体衬底、位于所述低阻光增益半导体衬底上的绝缘层、所述绝缘层的暴露出所述低阻光增益半导体衬底的一部分的开口、石墨烯层、第一电极和第二电极，其中，所述石墨烯层的一部分位于所述开口中的所述低阻光增益半导体上，另一部分位于所述绝缘层上，所述第一电极位于所述开口中，其一部分与所述低阻光增益半导体衬底接触，另一部分与所述石墨烯层接触，所述第二电极位于所述绝缘层和所述石墨烯层上，其一部分与所述石墨烯层接触，另一部分与所述绝缘层接触，其中，所述光源发射的光的能量大于所述低阻光增益半导体衬底的带隙。

根据本发明的光伏装置，优选地，所述低阻光增益半导体衬底为低阻有机半导体或低阻无机半导体。

根据本发明的光伏装置，优选地，所述低阻光增益半导体衬底为单一块体或多层半导体薄膜。

根据本发明的光伏装置，优选地，所述光源为紫外光源，所述低阻光增益半导体衬底为SiC，或者所述光源为532nm的绿光，所述低阻光增益半导体衬底为Si、GaAs或GaP，或者所述光源为632nm的红光，所述低阻光增益半导体衬底为Si衬底上的GaAs。

根据本发明的光伏装置，优选地，所述绝缘层为SiO₂、SiN。

根据本发明的光伏装置，优选地，所述第一电极和第二电极为金属电极或ITO电极。

根据本发明的光伏装置，优选地，所述金属电极为镂空状。

根据本发明的光伏装置，优选地，还包括分别电连接至所述第一电极和所述第二电极的第一引线和第二引线。

根据本发明的光伏装置，优选地，还包括将所述低阻光增益半导体衬底、所述石墨烯层、所述绝缘层、所述第一和第二电极以及所述第一和第二引线进行封装的封装壳体，其中所述封装壳体具有通光窗口。

本发明还提供了一种采用上述光伏装置产生光伏效应的方法。

本发明的基于石墨烯的光伏装置为平面结构，工艺简单，尺寸小，与现有大规模集成电路工艺兼容性好；光增益衬底材料可以是无机或有机半导体材料，使其在微纳器件和柔性器件中有潜在的应用价值；并且，其中的光增益半导体材料及金属电极材料的选择余地大，制造成本低廉，有广泛的应用前景。