способ изготовления твердотельного фотогальванического элемента с p-i-n-структурой

Формула изобретения

Способ изготовления твердотельного фотогальванического элемента с p-i-n-структурой, включающий нанесение фоточувствительного слоя из органического полупроводника на подложку из неорганического полупроводника и размещение их между электродами, один из которых полупрозрачный, а в качестве неорганического полупроводника используют арсенид галлия n-типа (n-GaAs), в качестве органического полупроводника наносят тонкий слой фталоцианина меди р-типа (р-слой), отличающийся тем, что между слоем n-типа и слоем р-типа располагается слой собственного полупроводника (i-слой).

Описание изобретения к патенту

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.

Известны способы изготовления тонкопленочного фотоэлектрического преобразователя "сэндвичевой" структуры, которые включают нанесение фоточувствительного слоя из неорганического вещества на подложку и размещение его между двумя электродами (патент США №4772335, кл. 136/258, 1988).

Фотоэлектрический преобразователь, изготовленный таким образом, обладает фотоэлектрической чувствительностью в области 200-400 нм. Однако в полученных по такому способу ультрафиолетовых электрических преобразователях имеются существенные недостатки: сложность технологии изготовления, невозможность получения высокой фоточувствительности по фото-ЭДС в коротковолновой области видимого света ( =400÷500 нм).

Известен способ изготовления твердотельного фотогальванического элемента для преобразования энергии света в электрическую энергию (патент РФ N 2071148, кл. Н 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 никеля или меди. 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 меди напыляют полупрозрачный электрод из серебра, пропускающий (10÷15)% падающего света. Недостатком данного способа является невысокая фоточувствительность по фото-ЭДС в коротковолновой области видимого света ( =400÷500 нм).

Цель изобретения - повышение фоточувствительности по фото-ЭДС в области длин волн 400÷500 нм.

Способ изготовления твердотельного фотогальванического элемента с p-i-n-структурой заключается в следующем:

на подложку из неорганического полупроводника n-типа арсенида галлия наносят слой органического полупроводника (i-слой) из четырежды возогнанного в вакууме фталоцианина меди;

на поверхность i-слоя наносят слой органического полупроводника фталоцианина меди р-типа;

на последний наносят верхний металлический полупрозрачный электрод, например из серебра.

Новым в предлагаемом способе по сравнению с прототипом является увеличение чувствительности по фото-ЭДС в коротковолновой области видимого света (400÷500 нм) за счет нанесения i-слоя между полупроводником n- и р-типа.

На чертеже показаны спектральные характеристики по фото-ЭДС твердотельного фотогальванического элемента на основе GaAs и CuPc с гетеропереходом и с p-i-n-структурой, где 1 - спектральная характеристика для твердотельного фотогальванического элемента с p-i-n-структурой, 2 - спектральная характеристика для твердотельного фотогальванического элемента с гетеропереходом. Видно, что для твердотельного фотогальванического элемента p-i-n-структуры фоточувствительность по U_xx S=100·10⁴ В/Вт, а для твердотельного фотогальванического элемента с гетеропереходом фоточувствительность по U_xx S=10·10⁴ B/Вт.

Изготовление твердотельного фотогальванического элемента предлагаемым способом позволяет повысить чувствительность по фото-ЭДС в 10 раз по сравнению с твердотельным фотогальваническим элементом с гетеропереходом ( =420 нм).

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 (хорошо очищенный) i-слой фталоцианина меди, толщиной 25 нм. На последний наносят слой р-типа фталоцианина меди, толщиной 20 нм. На слой фталоцианина меди напыляют полупрозрачный электрод из серебра, пропускающий (10÷15)% падающего света.

Таблица
, нм	400	410	420	430	440	450	460	470	480	490	500
(Uxx/Р)·10 -4, В/Вт (предлагаемый способ)	62	80	100	93	90	88	70	70	60	50	45
(U xx/Р)·10-4, В/Вт (по прототипу)	7	9	10	11	12	12	13	15	17	18	19

Сопоставление фотоэлектрических параметров, представленных в таблице, иллюстрирует несомненное преимущество заявленного способа изготовления.