Способ изготовления твердотельного фотогальванического элемента для преобразования энергии света в электрическую энергию

 

Изобретение относится к оптоэлектронике, в частности к устройствам, преобразующим лучистую энергию в электрическую, и может быть использовано в полупроводниковой электронике, в частности оптоэлектронике, и в медицинских технологиях при облучении УФ в физиокабинетах, на предприятиях АПК при облучении животных, в экологии при измерении низких интенсивностей излучения от экранов телевизоров и мониторов компьютеров. Технический результат изобретения заключается в повышении чувствительности по фото-ЭДС. Сущность изобретения: на подложку из неорганического полупроводника арсенида галлия (GaAs), сильно легированного донорной примесью, наносится вакуумным напылением тонкий слой органического полупроводника n-типа хлориндийфталоцианина (ClInPc), обладающего высоким коэффициентом поглощения в УФ-области. Изготовление твердотельного фотогальванического элемента предлагаемым способом позволяет повысить фоточувствительность до 10^-4 Вт/м². 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к оптоэлектронике, в частности к устройствам, преобразующим лучистую энергию в электрическую, и может быть использовано в приборах для измерения освещенности, интенсивности излучения, дозы ультрафиолетового облучения в агропромышленном комплексе и в качестве датчика для определения концентрации озона в атмосферном слое Земли.

Известен способ изготовления тонкопленочного фотоэлектрического преобразователя с p-i-n-структурой на основе = Si:H (патент США N 4772335, кл. 136/258, 1988).

Этот способ изготовления заключается в следующем: на стеклянную подложку наносят омический тыльный электрод. На электрод наносят тонкий легированный слой p- или n-типа осаждением = Si:H из газообразной фазы. На легированный слой наносят осаждением из газообразной фазы толстый слой из нелегированного = Si: H. На нелегированный слой наносят осаждением из газообразной фазы второй легированный слой p- или n-типа из = Si:H. На второй легированный слой = Si:H наносят верхний электрод в виде проводящей пленки из SnO₂. На верхний электрод наносят металлический коллектор. На верхнем электроде размещают кварцевое стекло. Кварцевое стекло покрывают антиотражающим покрытием из CaF₂ или MgF₂.

Фотоэлектрический преобразователь, изготовленный таким способом, обладает фотоэлектрической чувствительностью в области 200-400 нм. Однако в полученных по такому способу ультрафиолетовых фотоэлектриических преобразователях имеются существенные недостатки: невозможность получения спектральной фоточувствительности в широком интервале 200 - 1000 нм, невозможность получения высокой фоточувствительности по фото-ЭДС для измерения малых интенсивностей, сложность технологии изготовления.

Известен способ изготовления твердотельного фотогальванического элемента для преобразования энергии света в электрическую (патент РФ N 2071148, кл. H 01 L 31/18, 1996), который заключается в следующем: на пластинку арсенида галлия толщиной 0,4 мм, предварительно подвергнутую травлению, наносят тыловой омический электрод из сплава германия и золота. На противоположную поверхность арсенида галлия наносят в вакууме фоточувствительный слой фталоцианина меди толщиной 20 нм. Слой фталоцианина меди подвергают легированию очищенным кислородом. На слой фталоцианина напыляют полупрозрачный электрод из серебра, пропускающий 10% падающего света. Недостатком данного способа является невысокая фоточувствительность по фото-ЭДС.

Цель изобретения - повышение фоточувствительности по фото-ЭДС.

Для этого в способе получения ультрафиолетового преобразователя, включающем нанесение на полупроводниковую подложку фоточувствительного слоя, его легирование и нанесение на противоположные стороны электродов, в качестве материала подложки используют неорганический полупроводник арсенид галлия (GaAs), сильно легированный донорной примесью, а фоточувствительный слой наносится вакуумным напылением органического полупроводника n-типа хлориндийфталоцианина (ClInPc), обладающего высоким коэффициентом поглощения и высокой фоточувствительностью в УФ-области (фиг. 1).

Новым в предлагаемом способе по сравнению с прототипом является нанесение фоточувствительного слоя хлориндийфталоцианина (ClInPc) на подложку из арсенида галлия (GaAs), что позволило повысить фоточувствительность до 10^-4 Вт/м² (фиг. 2).

Сущность изобретения поясняется графическим материалом, где на фиг. 1 - спектр поглощения CuPc и ClInPc; на фиг. 2 - зависимость напряжения холостого хода U от интенсивности облучения E в логарифмическом масштабе, построенная на основании данных эксперимента, приведенных в таблице.

Пример: на пластинку арсенида галлия, сильно легированную донорной примесью, толщиной 0,4 мм, предварительно подвергнутую травлению, наносят тыловой омический электрод из сплава германия и золота. На противоположную поверхность арсенида галлия наносят в вакууме фоточувствительный слой органического полупроводника n-типа хлориндийфталоцианина (ClInPc) толщиной 20 нм. Слой хлориндийфталоцианина подвергают легированию очищенным кислородом. На слой хлориндийфталоцианина напыляют полупрозрачный электрод из серебра, пропускающий 10% падающего света.

Изготовление твердотельного фотогальванического элемента предлагаемым способом позволяет повысить фоточувствитльность до 10^-4 Вт/м².

Формула изобретения

Способ изготовления твердотельного фотогальванического элемента для преобразования энергии света в электрическую энергию, включающий нанесение фоточувствительного слоя из органического полупроводника на подложку из неорганического полупроводника и размещение их между двумя электродами, один из которых полупрозрачный, отличающийся тем, что в качестве неорганического полупроводника используют арсенид галлия n-типа (n⁺-GaAs), а в качестве органического полупроводника наносят тонкий слой хлориндийфталоцианина n-типа (n-ClInPc).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3