[发明专利]一种透明柔性的宽光谱光电转换结构及制作方法

说明书

本发明公开了一种透明柔性的宽光谱光电转换结构及制作方法，该宽光谱光电转换结构包括基底、下电极、光敏层、上电极以及保护层；下电极覆盖在基底的上表面，光敏层覆盖在下电极的上表面，上电极覆盖在光敏层的上表面，保护层覆盖在上电极的上表面，构成多层复合结构；采用透明柔性材料制作基底和保护层，以导电纳米线网格制作下电极和上电极，以宽光谱光电转换材料制作光敏层；下电极、上电极和光敏层的薄膜构成宽光谱光电转换结构，该宽光谱光电转换结构具有良好的透光性和柔韧性，可在一定范围内承受弯折、扭转等变形，并具有优良的耐冲击性能，与柔性电路集成后，可以在曲面上安装，在冲击载荷条件下使用。可满足吸收转换一部分光能，又能透过一部分光能的应用需求。

技术领域

本发明属于光电探测技术领域，具体涉及一种透明柔性的宽光谱光电转换结构及制作方法。

背景技术

光电探测器是由光照引起被照射材料电导率发生改变而进行探测。光电探测器具有广泛用途,例如成像、探测、工业自动控制和光度计量等。光电探测器由光电转换结构和处理电路构成，其中光电转换结构是光电探测器核心元件。

单晶硅光电探测器是目前广泛应用的一种光电探测器。单晶硅是一种优良的半导体材料，具有较好的光电转换性能；同时单晶硅工艺成熟，与半导体集成电路芯片工艺兼容性高，因此单晶硅光电转换结构在各类光电探测器中得到了广泛应用。随着社会发展与技术进步，光电探测器的应用越来越广泛和深入，在很多场合下，光电探测器需要满足曲面安装或者在冲击载荷下良好工作，例如智能汽车、无人机、机器人、可穿戴设备以及制导武器等，但是由于单晶硅是脆硬材料，使得以单晶硅光电转换结构为基础的光电探测器在这些场合下的应用受到很大的限制。在某些自然条件下有时需要降低光电转换结构受到的光照强度并减少光照产生的温升，就需要该结构既能吸收转换一部分光能，又能透过一部分光能，这结构的透明程度提出了需求，而硅材料不透可见光，无法实现该功能。

发明内容

为解决以上问题，本发明提出一种透明柔性的宽光谱光电转换结构及制作方法。该光电转换结构由柔性材料构成，可在一定范围的翘曲、扭转等非常规姿态下稳定工作，并具有优良的耐冲击性能，与柔性电路集成后，可以在曲面上安装，在冲击载荷条件下使用，可以安装至绝大多数载具。并且该结构的材料具有一定透明度，可满足吸收转换一部分光能，又能透过一部分光能的应用需求。

为实现以上目的，本发明采用如下方案。

一种透明柔性的宽光谱光电转换结构，包括基底1、下电极2、光敏层3、上电极4以及保护层5；所述基底1由透明柔性材料构成，其上表面具有三维微结构；保护层5由透明柔性材料构成，其下表面具有三维微结构；下电极2和上电极4均为具有柔性的透明导电薄膜；光敏层3为具有柔性和透明度的宽光谱光电转换材料薄膜；所述下电极2覆盖在基底1上表面三维微结构的表面，光敏层3覆盖在下电极2的上表面，上电极4覆盖在光敏层3的上表面，保护层5覆盖在上电极的上表面，构成纵向多层宽光谱光电转换结构；该结构具有柔性，能够在一定范围内承受弯折、扭转变形，适应曲面应用需求，同时能够在冲击载荷条件下应用；该结构的基底1、下电极2、光敏层3、上电极4以及保护层5均具有透明度，能够实现部分光波吸收并转换为电信号，部分光波透过结构；

可见光到近红外波段的光波穿过透明的保护层5，然后透过透明的上电极4，到达光敏层3，光敏层3在光波的激发下产生光生载流子，光波继续穿过下电极2后到达透明的基底1与下电极2贴合的表面，部分光波透过基底1到达结构外空间，部分光波被基底1反射并穿过下电极2后再次到达光敏层3，再次激发光敏层3产生光生载流子，由光敏层3产生的光生载流子包括电子和空穴两类，若上电极4接外电路正极、下电极2接外电路负极，其中的电子在上电极4和下电极2产生的电场作用下向上电极4运动，空穴在上电极4和下电极2产生的电场作用下向下电极2运动，到达上下电极的光生载流子被分别被电极收集并向外电路流出，从而形成光电流，光电流的大小代表了光信号的强弱，实现对可见光到近红外波段的光波的探测。

所述的基底1和保护层5的透明柔性材料压印成型，采用PDMS有机硅胶。