CN220138328U - 一种高效光汇聚的光电转换结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及光电转换技术领域，具体地说，涉及一种高效光汇聚的光电转换结构。其包括多个黑硅基底，所述黑硅基底上表面设置有下电极，所述下电极上表面覆盖有光敏层，所述光敏层上表面覆盖有上电极，所述上电极上表面填充有汇聚层，解决了大量入射光被反射而没有被光电转换结构有效吸收，从而使得该种光电转换结构效率低的情况。
Description
技术领域
本实用新型涉及光电转换技术领域，具体地说，涉及一种高效光汇聚的光电转换结构。
背景技术
光电探测器具有广泛用途，在可见光波段主要用于成像和探测、工业自动控制、光度计量等，而光电转换结构是光电探测器中的核心元件，其作用是将光波转换为电信号，对于可见光波段而言，就是将可见光转换为电信号。
在各类可见光的光电转换结构中，硅基光电转换结构由于发展时间长、工艺成熟、与半导体工艺兼容性高等特点而得到广泛的关注与应用，然而硅的反射率很高，对于可见光而言，大量入射光被反射而没有被光电转换结构有效吸收，从而使得该种光电转换结构效率低，虽然黑硅对可见光吸收率较高，但黑硅光电转换结构存在着退火造成的吸收率下降等问题，鉴于此，我们提出一种高效光汇聚的光电转换结构。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种高效光汇聚的光电转换结构，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供一种高效光汇聚的光电转换结构，包括多个黑硅基底，所述黑硅基底上表面设置有下电极，所述下电极上表面覆盖有光敏层，所述光敏层上表面覆盖有上电极，所述上电极上表面填充有汇聚层。
作为本技术方案的进一步改进，所述的黑硅基底表面为具有凹陷的高光吸收圆锥状微纳结构，所述黑硅基底为尖锥状或柱状形貌的三维微结构，所述三维微结构的侧壁具有一定大小凹陷的半球状结构。
作为本技术方案的进一步改进，所述下电极为依附在黑硅基底上凹陷结构处具有高反射的连续导电薄膜，所述连续导电薄膜是覆形在凹陷的半球状结构上，所述连续导电薄膜上表面同样具有凹陷的半球状结构。
作为本技术方案的进一步改进，所述光敏层为在可见光照射下产生光生载流子的敏感材料构成的光敏薄膜，所述光敏薄膜附着在下电极上表面凹陷的半球状结构内。
作为本技术方案的进一步改进，所述的上电极为网状的透光导电的薄膜。
作为本技术方案的进一步改进，所述汇聚层为能够将空间各个方向的光汇聚到微结构间的不导电透明微透镜。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
该高效光汇聚的光电转换结构中，通过设置的黑硅基底和下电极以及光敏层，在光电转换时，不同方向的入射光经微透镜汇聚后透过上电极，在黑硅基底表层微结构空间内以下电极为反射面多次反射，多次穿过光敏层发生光电转换，提高了可见光吸收率；同时该光电转换结构仅利用黑硅表面三维微结构的几何形貌，不将黑硅作为敏感材料，黑硅能带结构等内部物理特性不会影响光电转换结构性能，避免了传统黑硅光电转换结构中光生载流子大量复合、载流子横向输运能力差以及退火带来的吸收率下降等问题，工艺稳定性高，效率高，成本低可以实现批量化制造。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构示意图；
图2为本实用新型的结构示意图；
图3为本实用新型的结构示意图。
图中各个标号意义为：
1、黑硅基底；2、下电极；3、光敏层；4、上电极；5、汇聚层。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
请参阅图1－图3所示，本实施例提供一种高效光汇聚的光电转换结构，包括多个黑硅基底1，黑硅基底1上表面设置有下电极2，下电极2上表面覆盖有光敏层3，光敏层3上表面覆盖有上电极4，上电极4上表面填充有汇聚层5，其主要目的是：使不同方向的入射光经微透镜汇聚后透过上电极4，在黑硅基底1表层微结构空间内以下电极2为反射面多次反射，多次穿过光敏层3发生光电转换，提高可见光吸收率。
上述工作原理：当不同方向的可见光照射到光电转换结构表面时，经过汇聚层5后将空间各个方向的光汇聚到微结构间，光波透过上电极4到达光敏层3，部分光波被光敏层3吸收并产生光生载流子，部分光波透过光敏层3到达下电极2，到达下电极2表面的光波被汇聚后再次反射进入光敏层3，再次有部分光波被吸收并产生光生载流子，光波在黑硅基底1表层微结构内部能够多次反射，即多次穿过光敏层3，光波每次穿过光敏层3都有一部分被吸收，多次穿过后实现大部分光波被光敏层3吸收，从而显著提高可见光的吸收率。
为了配合下电极2使光波在微结构内部能够多次反射，所以黑硅基底1表面为具有凹陷的高光吸收圆锥状微纳结构，黑硅基底1为尖锥状或柱状形貌的三维微结构，三维微结构的侧壁具有一定大小凹陷的半球状结构，其三维微结构上的半球状结构凹陷汇聚焦点位于光敏层3。
考虑到下电极2要依附在黑硅基底1，所以下电极2为依附在黑硅基底1上凹陷结构处具有高反射的连续导电薄膜，连续导电薄膜是覆形在凹陷的半球状结构上，连续导电薄膜上表面同样具有凹陷的半球状结构，且在工作时不影响汇聚点位置的改变。
为了使多次反射的光可以多次穿过光敏层3，所以光敏层3为在可见光照射下产生光生载流子的敏感材料构成的光敏薄膜，光敏薄膜附着在下电极2上表面凹陷的半球状结构内。
在运行中为了不影响光线的透过率，所以上电极4为网状的透光导电的薄膜。
另外为了汇聚不同方向的可见光，所以汇聚层5为能够将空间各个方向的光汇聚到微结构间的不导电透明微透镜。
本实施例中的高效光汇聚的光电转换结构在具体使用时，当不同方向的可见光照射到光电转换结构表面时，经过汇聚层5后将空间各个方向的光汇聚到微结构间，由于上电极4透明，因此光波透过上电极4到达光敏层3，部分光波被光敏层3吸收并产生光生载流子，部分光波透过光敏层3到达下电极2，由于下电极2是依附在黑硅基底1凹陷结构处具有高反射的连续导电薄膜，因此凹陷的结构对光波具有汇聚作用，使到达下电极2表面的光波被汇聚后再次反射进入光敏层3，再次有部分光波被吸收并产生光生载流子，由于黑硅基底1表层为三维微结构，光波在微结构内部能够多次反射，即多次穿过光敏层3，光波每次穿过光敏层3都有一部分被吸收，多次穿过后实现大部分光波被光敏层3吸收，从而显著提高可见光的吸收率，光敏层3在光照下产生的光生载流子在外加电场作用下到达下电极2和上电极4，被下电极2和上电极4收集对外输出电流。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本实用新型的优选例，并不用来限制本实用新型，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种高效光汇聚的光电转换结构，其特征在于：包括多个黑硅基底(1)，所述黑硅基底(1)上表面设置有下电极(2)，所述下电极(2)上表面覆盖有光敏层(3)，所述光敏层(3)上表面覆盖有上电极(4)，所述上电极(4)上表面填充有汇聚层(5)。
2.根据权利要求1所述的高效光汇聚的光电转换结构，其特征在于：所述的黑硅基底(1)表面为具有凹陷的高光吸收圆锥状微纳结构，所述黑硅基底(1)为尖锥状或柱状形貌的三维微结构，所述三维微结构的侧壁具有一定大小凹陷的半球状结构。
3.根据权利要求1所述的高效光汇聚的光电转换结构，其特征在于：所述下电极(2)为依附在黑硅基底(1)上凹陷结构处具有高反射的连续导电薄膜，所述连续导电薄膜是覆形在凹陷的半球状结构上，所述连续导电薄膜上表面同样具有凹陷的半球状结构。
4.根据权利要求1所述的高效光汇聚的光电转换结构，其特征在于：所述光敏层(3)为在可见光照射下产生光生载流子的敏感材料构成的光敏薄膜，所述光敏薄膜附着在下电极(2)上表面凹陷的半球状结构内。
5.根据权利要求1所述的高效光汇聚的光电转换结构，其特征在于：所述的上电极(4)为网状的透光导电的薄膜。
6.根据权利要求1所述的高效光汇聚的光电转换结构，其特征在于：所述汇聚层(5)为能够将空间各个方向的光汇聚到微结构间的不导电透明微透镜。
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