[发明专利]一种光电转换结构

说明书

本发明公开了一种光电转换结构，包括：P型硅衬底层，其背面设有抗反射膜层，其表面设有尖锥状微纳阵列形成的黑硅层，所述黑硅层上由内至外依次设有PtSi薄膜层，热空穴反射介质层和电极层形成非平面微结构，其中，黑硅层与PtSi薄膜层形成肖特基结，PtSi薄膜层、热空穴反射介质层和电极层三者形成反射光腔。本发明利用黑硅的陷光效应并构建非平面结构反射光腔，使得本发明结构在宽光谱范围内能够实现强吸收、高响应，进而解决了现有技术光电探测器响应光谱窄以及太阳能电池光电转换效率低的问题。本发明可广泛应用于光生电技术领域中，例如太阳能电池技术以及光电探测器技术。

技术领域

本发明涉及一种具有宽光谱响应、高吸收率的光电转换结构。

背景技术

光电转换技术的理论基础源于光电效应，它是研究以光子作为信息载体和能量载体的科学。光电效应包括内光电效应和外光电效应，其中内光电效应包括光生伏特效应和光电导效应，所谓光生伏特效应是指光照使得不均匀半导体或者半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象；所谓光电导效应是光照作用下电子吸收光子能量从键合状态过度到自由状态，使得材料电导率发生变化的现象。利用光生伏特效应制造的光生电电池广泛应用于宇宙开发、航空运输、气象观测、通讯设备、信号指示等领域；利用光电导效应制造的光电探测器广泛应用于制导、安检、药物鉴定、监视、成像等领域。

提高光电转换效率是光电转换技术中亘古不变的主题，例如：太阳能发电正在给人类的能源消费结构带来革命性变化，未来将会发展为与现代化石能源相比拟的重要支撑性能源，然而太阳能发电成本较高，且光电转换效率不尽人意，使得太阳能光伏发电的大规模应用受到限制；另外，现有光电探测器存在响应光谱范围窄的缺陷，且光电转换效率亟待提高，传统的PtSi/P-Si肖特基红外探测器主要工作在中红外波段(3～5μm)，集成黑硅的MSM型探测器也只能在近红外波段有较好的吸收响应，上述不足使得窄带响应光电探测器不能满足工程的需求。故而，发展宽光谱、强吸收、高响应的光电探测系统，成为了光电探测领域重要研究方向之一，

减少反射损失、实现对光的高效吸收是提高光电转换效率的一个重要途径；同时，拓宽光电转换结构的响应光谱不但可以提高对光的利用效率，而且可以拓宽光电转换结构的应用范围领域。因此，亟需一种在宽光谱范围内能够实现强吸收、高响应的光电转换结构。

发明内容

鉴于现有技术的需求，本发明所要解决的技术问题在于提供一种具有高光电转换效率的光电转换结构，本发明利用黑硅的陷光效应并在黑硅的陷光结构上构建非平面结构反射光腔，以最大程度提高光线在器件结构内经过的光程，从而提高光利用率；利用P型硅、黑硅、PtSi材料不同的吸收响应光谱，使得本发明结构在宽光谱范围内能够实现强吸收、高响应，进而解决了现有光电转换结构响应光谱窄、光电转换效率低的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种光电转换结构，包括：P型硅衬底层，PtSi薄膜层，热空穴反射介质层和电极层，所述P型硅衬底层表面设有尖锥状微纳阵列形成黑硅层；所述黑硅层表面由内至外依次设有PtSi薄膜层、热空穴反射介质层和电极层形成非平面微结构；其中，黑硅层与PtSi薄膜层形成肖特基结，PtSi薄膜层、热空穴反射介质层和电极层三者形成反射光腔。

进一步地，本发明光电转换结构还包括设置于P型硅衬底层背面的抗反射膜层；抗反射膜层可以增加结构的通光量，抗反射膜的厚度可根据实用需求进行合理设计，根据本发明实施例，在响应波长范围为0.4μm～5μm时，取中心波长为2.7μm，若材料折射率为1.5，则根据计算可得在0.4μm～5μm的响应波长范围内为实现最大增透效果，抗反射膜层的厚度应为450nm。

进一步地，为了降低入射光在到达黑硅层之前的损失，同时满足对短波长范围内的光子激发，本发明中P型硅衬底层的厚度为1～10μm。