RU197989U1 - Фоторезистор на основе композитного материала, состоящего из полимера поли(3-гексилтиофена) и наночастиц кремния p-типа проводимости - Google Patents

Фоторезистор на основе композитного материала, состоящего из полимера поли(3-гексилтиофена) и наночастиц кремния p-типа проводимости Download PDF

Info

Publication number
RU197989U1
RU197989U1 RU2020101617U RU2020101617U RU197989U1 RU 197989 U1 RU197989 U1 RU 197989U1 RU 2020101617 U RU2020101617 U RU 2020101617U RU 2020101617 U RU2020101617 U RU 2020101617U RU 197989 U1 RU197989 U1 RU 197989U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
polymer
silicon nanoparticles
poly
hexylthiophene
composite material
Prior art date
Application number
RU2020101617U
Other languages
English (en)
Inventor
Константин Антонович Савин
Павел Анатольевич Форш
Александр Сергеевич Ильин
Андрей Георгиевич Казанский
Original Assignee
Константин Антонович Савин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Константин Антонович Савин filed Critical Константин Антонович Савин
Priority to RU2020101617U priority Critical patent/RU197989U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU197989U1 publication Critical patent/RU197989U1/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/09Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

Использование: для изготовления фотоприемников типа фотосопротивление на основе композитного материала, состоящего из полимера поли(3-гексилтиофена) и наночастиц кремния p-типа проводимости. Сущность полезной модели заключается в том, что фоторезистивный элемент содержит диэлектрическую подложку с нанесенным на нее чувствительным слоем и металлическими контактами, при этом чувствительный слой выполнен из композитного материала, состоящего из полимера поли(3-гексилтиофена) и наночастиц кремния p-типа проводимости размером от 10 до 100 нм и концентрацией от 6 до 12 весовых %. Технический результат: обеспечение возможности снижения количества фоточувствительного материала на единицу площади фотоактивного слоя и увеличения механической площади. 5 ил.

Description

Область техники
Полезная модель относится к оптоэлектронным устройствам и может быть использована для изготовления фотоприемников типа фотосопротивление на основе композитного материала, состоящего из полимера поли(3-гексилтиофена) и наночастиц кремния p-типа проводимости. Актуальность создания принципиально новых детекторов оптического излучения определяется потребностью в эффективных и дешевых приемниках световых сигналов.
Уровень техники
Известны фотоприемники на основе внешнего и внутреннего фотоэффекта: вакуумные фотоэлементы, фотоумножители, фотодиоды, фоторезисторы, пироэлектрические фотоприемники (Аксененко М.Д., Бараночников М.Л. Приемники оптического излучения. Справочник.: Радио и связь, 1987. — 296 с). Известны также и фотосопротивления, созданные на основе неорганических кристаллов CdS, CdSe, PbS, работающие в видимом диапазоне спектра (400-750 нм).
Существуют также и органические материалы, обладающие фоточувствительностью в видимом диапазоне светового спектра. По сравнению с приведенными выше типами неорганических фотоприемников, органические фотоприемники обладают уникальными характеристиками, обуславливающими актуальность разработки фотоприемников данного типа (Jianli M., Fujun Z. Recent progress on photomultiplication type organic photodetectors. Laser and photonics reviews. Volume 13. Issue 2. Pages 1-38, 2019). К таким характеристикам относятся простота производства, хорошая механическая гибкость, позволяющая формирование фотоприемника на гибких подложках, и настраиваемая функциональность путем модификации состава и структуры органических материалов. При этом активно ведутся работы по увеличению чувствительности таких фотоприемников, так как она остается на достаточно низком уровне. Существует подход, который заключается в создании так называемых гибридных материалов, состоящих из органических материалов, в которые для улучшения спектральных, оптических, фотоэлектрических характеристик добавляют неорганические наночастицы (Wright M., Uddin A. Organic-inorganic hybrid solar cells: A comparative review. Solar Energy Materials and Solar Cells. Volume 107. Pages 87-111. 2012).
Одним из часто используемых в солнечной фотовольтаике полимеров является полимер поли (3-гексилтиофен) (P3HT) (Berger P., Kim M. Polymer solar cells: P3HT:PCBM and beyond. Journal of Renewable and Sustainable Energy. Volume 10. Issue 1. Pages 013508-1 – 013508-26. 2018). Он обладает высокой фоточувствительностью, необходимой как для создания солнечных элементов, так и фоторезисторов. С точки зрения неорганических наночастиц наиболее перспективными представляются наночастицы кремния, так как их технология производства наиболее отработана. Однако работы по добавлению наночастиц кремния в P3HT с целью создания фоторезисторов в настоящий момент отсутствуют.
Конструктивно, наиболее близким аналогом представляемой разработки является фотоприемник, охраняемый патентом FR3049390A1. Фотоприемник представляет собой фотоактивный слой, содержащий светочувствительный материал для генерации под действием освещения носителей заряда и два электрода, выполненные с возможностью сбора заряда носителей, генерируемых в светочувствительном материале. Фотоактивный слой содержит фотолюминесцентный материал, составляющий 1-3 весовых %. Фотолюминесцентный материал призван поглощать оптическое излучение, непоглощенное фоточувствительным слоем и переизлучать его на длинах волн, на которых фоточувствительный материал имеет наибольшее поглощение. Толщина фоточувствительного слоя составляет 500-800 нм. В качестве фотолюминесцентного материала используется поли [(1,4-фенилен-1,2-дифенилвинилен)], а в качестве материала фоточувствительного слоя смесь полимера P3HT и метилового эфира фенил-C61-масляной кислоты (PCBM). Недостатками данного технического решения являются сложность формирования трехкомпонентной структуры из люминесцентных островов, покрытых фоточувствительным слоем из двух различных органических материалов, увеличение времени ответа фотоприемника за счет дополнительного времени на переизлучение оптического сигнала фотолюминесцентным материалом и высокая толщина фоточувствительного слоя, предполагающая использование большего количества материала и меньшую механическую гибкость устройства.
Раскрытие полезной модели
Полезная модель представляет собой устройство (фиг.1), состоящее из диэлектрической подложки 1, нанесенного на нее фоточувствительного слоя 2 и электродов из алюминия 3, нанесенных на фоточувствительных слой. Фоточувствительный слой составляет 100-200 нм и создается из композитного материала, на основе полимера P3HT и наночастиц кремния p-типа проводимости. Наночастицы кремния вводятся в концентрации 6-12 весовых % полимера. При этом допускается разброс по размерам кремниевых наночастиц в интервале от 10 до 100 нм. Оптимальное распределение наночастиц по размерам представлено на фиг. 2. Данное распределение получено путем анализа изображения наночастиц (для которых фоторезистор показывает наилучшие параметры) в атомно-силовом микроскопе (фиг. 3).
Принципиальная идея полезной модели состоит в том, что добавление кремниевых наночастиц в полимер P3HT приводит к увеличению поглощения и фотопроводимости, что является кардинально важным для улучшения параметров фоторезистора. На фиг. 4 показаны спектры пропускания полимера P3HT и композита полимера P3HT и наночастиц кремния p-типа проводимости. На спектрах проводимости видно, что композит в отличие от чистого полимера обладает меньшим пропусканием в области 400-650 нм. Пропускание композита в данной спектральной области уменьшается до 20 раз по сравнению с пропусканием полимера, что свидетельствует об увеличении поглощения и позволяет создавать более тонкий фоточувствительный слой, обладающий большей механической гибкостью. Также за счет меньшей толщины фоточувствительного слоя на единицу площади фотоприемника расходуется меньше материала, что удешевляет производство устройства.
Из фиг.5 видно, что фоточувствительность композита в 5-10 раз выше фоточувствительности полимера P3HT. Также, край спектра фоточувствительности композита сдвинут в красную область до энергии фотона 1,1 эВ в отличие от края 1,25 эВ чистого полимера. Данные свойства позволяют устройству улавливать более слабые сигналы, а также расширяют рабочий диапазон устройства в область низких энергий квантов до 1,1 эВ.
Описываемая полезная модель позволит регистрировать слабое оптическое излучение в диапазоне длин волн 400 – 1100 нм при толщинах фоточувствительного слоя 100-200 нм. Это приведет к существенному снижению расхода фоточувствительного материала на единицу площади фотоактивного слоя и расширит сферу применения органических фотоприемников.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлены чертежи устройства – вид сверху и вид сбоку. На диэлектрическую подложку 1 нанесен тонким слоем фоточувствительный слой 2. Поверх фоточувствительного слоя наносятся контакты 3, таким образом, чтобы между ними оставался зазор, представляющий чувствительную зону фотоприемника.
На фиг. 2 приведена диаграмма оптимального распределения наночастиц по размерам.
На фиг. 3 приведено изображение наночастиц, которые использовались в фоторезисторе, обладающем наилучшими результатами. Данное изображение было получено с помощью атомно-силового микроскопа
На фиг. 4 показаны спектры пропускания полимера P3HT и композита полимера P3HT и наночастиц кремния p-типа проводимости.
На фиг. 5 изображены спектры фотопроводимости полимера P3HT и композита полимера P3HT и наночастиц кремния p-типа проводимости.
Осуществление полезной модели
Техническое решение иллюстрируется следующим примером.
Фоторезистор включал в себя квадратную стеклянную подложку 0,5х0,5 см с нанесенным на нее композитным слоем из полимера поли(3-гексилтиофена) и наночастиц кремния p-типа проводимости в концентрации 10 весовых %. На поверхность чувствительного слоя напылялись путем термического распыления электрические контакты из алюминия для регистрации электрического сигнала. Наночастицы кремния были приготовлены из пористого кремния, полученного методом электрохимического травления подложки монокристаллического кремния легированного бором (10-20 мОм*см) в спиртовом растворе концентрированной плавиковой кислоты. Травление происходило в течение 90 минут, ток травления 80 мА/см2. От поверхности пластины пленка отделялась с помощью электрохимической полировки. После завершения травления на пластину короткими импульсами подавался ток плотностью выше 500 мА/см2. Пленка пористого кремния при этом отсоединялась от кремниевой пластины. Далее пленку пористого кремния погружали в хлорбензол, являющийся растворителем для P3HT, и подвергали ультразвуковому воздействию в течение 60 минут, получая дисперсию наночастиц в растворителе. Композит получали смешением дисперсии наночастиц и раствора Р3НТ с обработкой в УЗ на протяжении 30 мин и последующим поливом на горизонтальную стеклянную подложку, вращающуюся на центрифуге (метод спин-коатинг). Алюминиевые контакты напылялись в планарной конфигурации. Длина контактов составила 5 мм, расстояние между контактами – 130-150 мкм. Толщина композитного слоя 100-200 нм.
Устройство работает следующим образом. К металлическим контактам подводится электрическое напряжение и через фотоприемник начинает течь электрический ток. Световое излучение, падающее на фоточувствительный слой, поглощается, создавая, за счет внутреннего фотоэффекта, дополнительные носители электрического заряда. Появление дополнительных носителей вызывает увеличение проводимости фотоприемника на величину фотопроводимости. Таким образом, измеряя фотопроводимость фотоприемника, можно измерять мощность падающего на устройство излучения. Данные по фиксации мощности излучения различных диапазонов приведены в таблице 1.
Таблица 1. Данные по фиксации мощности излучения различных диапазонов.
Энергия кванта, эВ Плотность мощности излучения, мВт/см2 Фотопроводимость, Ом-1см-1
1.1 0.7 1.68 х 10-10
1.4 1.6 4.45 х 10-8
1.71 1.8 2.77 х 10-7
1.98 1.7 5.1 х 10-7
2.28 1 8.62 х 10-7
2.63 0.3 2.19 х 10-6
2.81 0.13 3.23 х 10-6

Claims (1)

  1. Фоторезистивный элемент, содержащий диэлектрическую подложку с нанесенным на нее чувствительным слоем и металлическими контактами, отличающийся тем, что чувствительный слой выполнен из композитного материала, состоящего из полимера поли(3-гексилтиофена) и наночастиц кремния p-типа проводимости размером от 10 до 100 нм и концентрацией от 6 до 12 весовых %.
RU2020101617U 2020-01-16 2020-01-16 Фоторезистор на основе композитного материала, состоящего из полимера поли(3-гексилтиофена) и наночастиц кремния p-типа проводимости RU197989U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020101617U RU197989U1 (ru) 2020-01-16 2020-01-16 Фоторезистор на основе композитного материала, состоящего из полимера поли(3-гексилтиофена) и наночастиц кремния p-типа проводимости

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020101617U RU197989U1 (ru) 2020-01-16 2020-01-16 Фоторезистор на основе композитного материала, состоящего из полимера поли(3-гексилтиофена) и наночастиц кремния p-типа проводимости

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU197989U1 true RU197989U1 (ru) 2020-06-10

Family

ID=71066941

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020101617U RU197989U1 (ru) 2020-01-16 2020-01-16 Фоторезистор на основе композитного материала, состоящего из полимера поли(3-гексилтиофена) и наночастиц кремния p-типа проводимости

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU197989U1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110095266A1 (en) * 2008-06-25 2011-04-28 Oliver Hayden Photodetector and method for the production thereof
CN102867918A (zh) * 2012-09-18 2013-01-09 东华大学 低温液相法合成CdSe/P3HT超结构杂化纳米晶的方法
WO2013076311A1 (en) * 2011-11-25 2013-05-30 Centre National De La Recherche Scientifique (C.N.R.S) Electroactive surfactant improved hybrid bulk heterojunction solar cells
CN103531713B (zh) * 2013-07-05 2016-06-08 深圳清华大学研究院 无机纳米晶/共轭聚合物杂化太阳能电池的制备方法
FR3049390B1 (fr) * 2016-03-25 2018-07-06 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Photodetecteur a sensibilite amelioree par adjonction d’un materiau photoluminescent au sein du materiau photosensible

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110095266A1 (en) * 2008-06-25 2011-04-28 Oliver Hayden Photodetector and method for the production thereof
WO2013076311A1 (en) * 2011-11-25 2013-05-30 Centre National De La Recherche Scientifique (C.N.R.S) Electroactive surfactant improved hybrid bulk heterojunction solar cells
CN102867918A (zh) * 2012-09-18 2013-01-09 东华大学 低温液相法合成CdSe/P3HT超结构杂化纳米晶的方法
CN103531713B (zh) * 2013-07-05 2016-06-08 深圳清华大学研究院 无机纳米晶/共轭聚合物杂化太阳能电池的制备方法
FR3049390B1 (fr) * 2016-03-25 2018-07-06 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Photodetecteur a sensibilite amelioree par adjonction d’un materiau photoluminescent au sein du materiau photosensible

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2002111031A (ja) 固体ヘテロ接合および固体増感(感光性)光起電力セル
Ma et al. High-performance self-powered perovskite photodetector for visible light communication
CN103367476B (zh) 一种n+/n型黑硅新结构及制备工艺
Wang et al. Highly sensitive narrowband Si photodetector with peak response at around 1060 nm
CN109950403A (zh) 一种铁电场调控的二维材料pn结光电探测器及制备方法
Klab et al. Influence of PEIE interlayer on detectivity of red-light sensitive organic non-fullerene photodetectors with reverse structure
CN103311439B (zh) 薄膜光电导探测器及其制备方法与应用
CN109705534A (zh) 一种三元有机材料薄膜及其构筑的有机太阳电池和光探测器件
CN111525036B (zh) 一种自驱动钙钛矿光电探测器及其制备方法
Tao et al. Efficient photodiode-type photodetectors with perovskite thin films derived from an MAPbI 3 single-crystal precursor
Yang et al. Ferro-pyro-phototronic effect enhanced self-powered, flexible and ultra-stable photodetectors based on highly crystalized 1D/3D ferroelectric perovskite film
Peng et al. High-performance UV–visible photodetectors based on ZnO/perovskite heterostructures
Liu et al. A stable self-powered ultraviolet photodetector using CH 3 NH 3 PbCl 3 with weak-light detection capacity under working conditions
CN102969451A (zh) 一种有机聚合物薄膜紫外光探测器及其制备方法
Xue et al. Pyro-phototronic effect enhanced pyramid structured p-Si/n-ZnO nanowires heterojunction photodetector
Zhang et al. Two-dimensional perovskite Sr2Nb3O10 nanosheets meet CuZnS film: facile fabrications and applications for high-performance self-powered UV photodetectors
CN106684201A (zh) 一种氧化锌纳米棒/黑硅异质结纳米光电探测器及其制备方法
RU197989U1 (ru) Фоторезистор на основе композитного материала, состоящего из полимера поли(3-гексилтиофена) и наночастиц кремния p-типа проводимости
CN106449978A (zh) 基于甲氨基氯化铅薄膜的可见光盲紫外探测器的制备方法
Bapathi et al. Passivation-free high performance self-powered photodetector based on Si nanostructure-PEDOT: PSS hybrid heterojunction
CN210224047U (zh) PbS量子点Si-APD红外探测器
CN111987185A (zh) 一种具有光电二极管效应的双钙钛矿薄膜器件及其制备方法和应用
Zhang et al. Facilely Achieved Self‐Biased Black Silicon Heterojunction Photodiode with Broadband Quantum Efficiency Approaching 100%
Su et al. Effective electron extraction from active layer for enhanced photodetection of photoconductive type detector with structure of Au/CH3NH3PbI3/Au
CN103794726B (zh) Pin结构的薄膜有机光探测器及其制备方法与应用

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20200727