[发明专利]一种高效的二维超晶格异质结光伏器件及其制备

说明书

本发明涉及一种高效的二维超晶格异质结光伏器件及其制备，其制备方法具体为：a)取由衬底(1)、二氧化硅层(2)和多层二维材料复合而成的器件结构浸入到含有机分子的电解质溶液中；b)在多层二维材料上制作三电极体系并施加负电压，使带正电荷的有机分子插入到多层二维材料的部分区域内，形成二维超晶格结构(4)，进一步得到二维超晶格异质结构；c)最后，在二维超晶格异质结构的两端生长金属电极，即完成。与现有技术相比，本发明开发了一类二维材料和有机分子层相互交替的稳定超晶格材料。该超晶格材料和二维多层材料构成异质结光伏器件，其结果等效于多个二维材料异质结并联，光吸收效率高，具有优异的迁移性和稳定性。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，涉及一种高效的二维超晶格异质结光伏器件及其制备。

背景技术

二维纳米材料已成为新一代高性能纳米材料，是国际前沿研究的核心材料之一。以单层MoS₂为例，其电子迁移率在室温下可以达到200cm²/Vs。同时，在获得同样效果的电子运动时，MoS₂比Si更轻薄。在稳定状态下耗能比Si晶体管小十万倍。同时MoS₂具有直接带隙，使用MoS₂制成的发光器件具有优异的的光电性能。同时基于MoS₂的柔性特征，器件可弯曲与伸展，由此诞生众多新型应用领域。如果将不同类型的具有各种尺寸和对称性的有机分子插入到二维材料中，不但可以减弱层间耦合作用，还可以保持二维材料自身优良的电学性能。通过改变插层分子类型，可以实现对这些新型超晶格结构的调整，从而使其具有期望的电子和光学性质。

由二维层状材料所构成的超晶格结构，因具有特殊的光电性能而受到广泛关注，无论是石墨烯还是过渡金属二硫属元素化合物，亦或是近年来研究火热的黑磷，都表现出了极大的应用潜力。构建这种人工超晶格的策略主要有两种：1)自上而下：通过层层剥离和多次堆叠技术实现组装。但产量不高，同时可重复性差。2)自下而上：利用CVD得到高品质的异质结构。但是不适合多层周期性超晶格构建。3)碱金属离子插层二维原子晶体所形成的超晶格，由于离子掺杂的影响，导致材料电学性能发生改变。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术所存在缺陷而提供一种高效的二维超晶格异质结光伏器件及其制备。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的目的之一在于提出了一种高效的二维超晶格异质结光伏器件，至少包括衬底、生长在衬底上的二氧化硅层上，以及覆盖在二氧化硅层上的多层二维材料，在多层二维材料部分区域内的各层之间嵌入有机分子层，以形成二维超晶格结构，所述二维超晶格结构与未嵌入有机分子层的多层二维材料部分组成二维超晶格异质结构，所述二维超晶格异质结构的两端分别生长有金属电极。

进一步的，所述的多层二维材料为二碲化钼、二硫化钼、二硒化钨、硒化铟、硒化锡、黑磷或硫化锗。

进一步的，所述的多层二维材料的厚度在1nm以上。

进一步的，所述的有机分子层中的有机分子为十六烷基三甲基溴化铵、四丁基溴化铵或四十二烷基溴化铵。

进一步的，所述的二氧化硅层的厚度为30-300nm。

进一步的，所述的金属电极的材料为金、银、铝或钛，其厚度为10-200nm。

本发明将不同类型的具有各种尺寸和对称性的有机分子替换碱金属离子插入到二维材料中，不但可以减弱层间耦合作用，还可以保持材料自身优良的电学性能。通过改变插层分子类型，可以实现对这些新型超晶格结构的调整，从而使其具有期望的电子和光学性质。

本发明目的之二在于提出上述高效的二维超晶格异质结光伏器件的制备方法，包括以下步骤：

a)取由衬底、二氧化硅层和多层二维材料复合而成的器件结构浸入到含有机分子的电解质溶液中；