[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

本发明提供一种光伏装置，包括光源和光伏器件，所述光伏器件包括高阻光增益半导体衬底，位于所述高阻光增益半导体衬底上的石墨烯层，位于所述高阻光增益半导体衬底和所述石墨烯层上的第一电极和第二电极，以及位于所述高阻光增益半导体衬底之下并且与所述高阻光增益半导体衬底接触的第三电极，所述光源发射的光的能量大于所述高阻光增益半导体衬底的带隙并且辐照所述第一电极，所述第三电极在所述第一电极的下方。本发明的光伏装置能够实现对辐照光的超快响应和高灵敏探测，甚至可以实现石墨烯的光逻辑功能，可以作为超快、高灵敏的光探测器，或光逻辑器件。

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

能源是人类赖以生存的物质基础和社会发展进步的动力，在能源枯竭与环境污染问题日益严重的今天，人们渴望用安全环保的可再生能源来替代常规能源。自从1839年法国科学家贝克勒尔发现光伏效应以来，以半导体光伏效应为基础的光伏发电技术不断发展，各种光伏器件也层出不穷，逐渐能够满足人类的需求。目前太阳能电池朝着低成本、高效率的方向发展。传统的半导体光伏器件基于PN结原理的光伏效应，其器件工艺复杂且器件尺寸较大，限制了传统光伏器件在小尺寸器件方面的广泛应用，特别在微纳米器件和柔性器件的应用方面表现出较大的局限性。

单原子层厚的石墨烯材料自从发现以来，由于其独特的力学、电学，光学和热学等性能，引起了人们的极大关注。石墨烯这些优良的物理性能，使其广泛应用于能源、材料和电子器件等领域。作为极具潜力的下一代透明电极材料，石墨烯有望取代传统的金属和ITO电极应用到光电器件中，为基于石墨烯的微纳米和柔性器件提供机会。在石墨烯光伏器件中，石墨烯不仅可以作为透明导电薄膜，还可以在与半导体的界面处分离光生载流子。当能量大于半导体带隙的光源照射到石墨烯/半导体界面，半导体材料中的价带电子吸收光子的能量跃迁到导带产生光生载流子，并在半导体与石墨烯的界面处形成的内建电场作用下快速转移到石墨烯上，从而改变石墨烯的费米能级。当仅有一个石墨烯的电极受到辐照后，就会在石墨烯的两端电极上建立起电压差产生光伏效应。但是,在这种情况下产生的光伏效应的光电转换效率较低、响应速度慢、并且不利于调控。

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，所述光伏器件包括高阻光增益半导体衬底，位于所述高阻光增益半导体衬底上的石墨烯层，位于所述高阻光增益半导体衬底和所述石墨烯层上的第一电极和第二电极，以及位于所述高阻光增益半导体衬底之下并且与所述高阻光增益半导体衬底接触的第三电极，其中，所述第一电极的一部分与所述高阻光增益半导体衬底接触，另一部分与所述石墨烯层接触，所述第二电极的一部分与所述高阻光增益半导体衬底接触，另一部分与所述石墨烯层接触，所述光源发射的光的能量大于所述高阻光增益半导体衬底的带隙并且辐照所述第一电极，所述第三电极在所述第一电极的下方。

根据本发明的光伏装置，优选地，还包括布置在所述高阻光增益半导体衬底之下的绝缘介质层，所述第三电极位于所述绝缘介质层之下并与所述绝缘介质层接触。

根据本发明的光伏装置，优选地，所述第三电极在所述第一电极的正下方。

根据本发明的光伏装置，优选地，所述高阻光增益半导体衬底为高阻有机半导体或高阻无机半导体。

根据本发明的光伏装置，优选地，所述光源为紫外光源，所述高阻光增益半导体衬底为SiC；或者所述光源为可见光源，所述高阻光增益半导体衬底为GaP或GaAs。

根据本发明的光伏装置，优选地，所述高阻光增益半导体衬底的厚度大于50nm。

根据本发明的光伏装置，优选地，所述绝缘介质层为AlO₂、SiO₂或HfO₂。

根据本发明的光伏装置，优选地，所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极为金属电极。