Приемники оптического излучения являются одним из классообразующих типов оптоэлектронных приборов, которые широко используются в различных областях науки и техники.
Объектом настоящего изобретения является конструкция приемника оптического излучения, прозрачная для видимой части спектра.
Известен приемник оптического излучения (патент США №4559552), содержащий последовательно сформированные на прозрачной подложке два слоя прозрачного электрода на основе оксида индия - олова, слой немонокристаллического полупроводникового материала (SiC) - n-типа проводимости, слой немонокристаллического полупроводникового материала n-типа (SiC), слой немонокристаллического полупроводникового материала (SiC) p-типа проводимости, слой прозрачного верхнего электрода на основе оксида индия - олова, отражающий электродный слой с высоким коэффициентом отражения.
Недостатком указанного подхода является непрозрачность конструкции прибора.
Известны различные типы приемников оптического излучения, имеющих конструкцию, практически прозрачную в видимой области спектра, содержащих гетероструктуру InGaN/GaN, выращенную на подложке сапфира определенной ориентации, и непрозрачные точечные контакты к областям n- и p-типа проводимости (О.Н.Ермаков. Прикладная оптоэлектроника. М.: Техносфера, 2004 г., стр.57). Недостатками указанного подхода являются необходимость использования дорогостоящих подложек сапфира определенной ориентации ограниченных размеров, а также высокая себестоимость процесса формирования слоев методом эпитаксии из металлоорганических соединений.
Наиболее близким к настоящему изобретению является техническое решение, описанное в патенте США №5504323. Устройство имеет тонкопленочную структуру и состоит из 3 частей: прозрачного слоя инжекции дырок (анода) на основе оксида индия - олова, нанесенного на твердую прозрачную подложку, органического полимерного слоя и непрозрачного металлического электрода инжекции электронов (катода).
Недостатком этого подхода является непрозрачная конструкция приемника. Вместе с тем целый ряд применений, например пространственно-временные модуляторы света (О.Н.Ермаков. Прикладная оптоэлектроника М.: Техносфера, 2004 г., стр.86), требует использования прозрачной конструкции прибора.
Указанная цель достигается в конструкции приемника оптического излучения, содержащего, по крайней мере, одну расположенную на прозрачной подложке (L1) гетероструктуру, заключенную между двумя светопропускающими электродами (L2, L5) и состоящую из двух слоев (L3, L4) органических полупроводниковых материалов с различной шириной запрещенной зоны (фиг.1). В качестве материала прозрачной подложки могут быть использованы различные прозрачные материалы (стекло, сапфир, полимеры и т.д.)
Прозрачность активной области приборной структуры достигается за счет выбора слоев L2 и L3, образующих гетероструктуру. Спектры пропускания и поглощения гетероструктуры, в которой в качестве слоев L2 и L3 используются, например, соответственно DABuTAZ 3-(4-бифенил)-(4-третбутилфенил)-5(4-диметиламинофенил)-1,2,4 триазол [И.Я.Якушенко, М.Г.Каплунов, С.Ш.Шамаев и др. Патент РФ №2131411 от 10.06.99] и РТА - политрифениламин [О.Н.Ермаков. Прикладная оптоэлектроника. М.: Техносфера, 2004, с.59], иллюстрируются фиг.2.
Спектры поглощения 1-го (кривая 1) и 2-го (кривая 2) органических слоев смещены друг относительно друга, что свидетельствует о том, что они образуют гетероструктуру, при этом максимумы их поглощения располагаются в области λ≤450 нм (фиг.2). Спектр интегрального пропускания структуры в целом (кривая 3 на фиг.2) показывает, что структура обладает достаточно высоким светопропусканием в видимой области спектра. Подбор слоев L2 и L3 по вышеуказанным критериям может быть осуществлен из большой номенклатуры известных на сегодня органических полупроводников (низкомолекулярных, металлоорганических, полимерных) [О.Н. Ермаков. Прикладная оптоэлектроника. М.: Техносфера, 2004, с.59].
Фотоэлектрические характеристики приемника иллюстрирует фиг.3, на которой представлены зависимости дифференциального сопротивления прибора в темновых условиях (кривая 1) и условиях засветки (кривая 2).
Различные варианты в соответствии с формулой изобретения иллюстрируются приведенными примерами.
Пример 1.
Используется базовая конструкция, приведенная на фиг.1: стеклянная подложка с прозрачным слоем нижнего анодного электрода на основе окиси индия - олова, активная область в виде, например, гетероструктуры на основе DABuTAZ, РТА. Верхний катодный электрод выполняется в виде проводящего композита, содержащего Ag и обладающего светопропусканием в видимой области спектра, или на основе светопропускающего слоя из углеродных нанотрубок.
Пример 2.
Используется базовая конструкция, приведенная на фиг.1.
Стеклянная подложка с прозрачным слоем нижнего анодного электрода на основе окиси индия - олова, активная область в виде гетероструктуры, например, на основе DABuTAZ, РТА. Верхний катодный электрод из непрозрачного материала (Al, Mg или Са) имеет распределенный характер (например, выполняется в виде сетки) и занимает меньшую часть площади поверхности полупроводниковой гетероструктуры.
Пример 3.
Используется конструкция, приведенная на фиг.4.
В рассматриваемом случае на верхней поверхности прозрачной подложки формируется последовательность слоев в соответствии с фиг.1, при этом на нижней стороне стеклянной подложки формируется зеркально-симметричная последовательность слоев: L5 - слой нижнего прозрачного анодного электрода на основе окиси индия - олова, слои L6 и L7 на основе органических полупроводников, образующих гетероструктуру, а также слой светопропускающего катодного электрода L8.
Пример 4.
Используется конструкция, приведенная на фиг.5.
Приемник содержит прозрачную подложку со слоем нижнего прозрачного анодного электрода (L1) на основе окиси индия - олова, слои L2 и L3 на основе органических полупроводников, образующие гетероструктуру, слой светопропускающего катодного электрода L4, слои L5 и L6 на основе органических полупроводников, образующие 2-ю гетероструктуру, а также 2-й светопропускающий анодный электрод L7.
Пример 5.
Используется конструкция приемника в виде двух ярусов в соответствии с базовой конструкцией, приведенной на фиг.1.
На основе заявляемого приемника оптического излучения предлагаются устройства, описанные в примерах 6 и 7.
Пример 6.
Устройство, содержащее приемник оптического излучения по п.1, расположенный над приемником оптического излучения последовательно для падающего потока излучения с чувствительностью в видимой и ближней ИК-области спектра.
Использование такого устройства должно приводить к увеличению КПД фотопреобразования в режиме СЭ.
Пример 7.
Оптическое устройство, содержащее приемник оптического излучения по п.1, расположенный рядом с поверхностью электрохромного индикатора и составляющий часть его поверхности, при этом обе секции устройства электрически соединены друг с другом.
В рассматриваемом случае возможна автоматическая регулировка селективного коэффициента пропускания электрохромного индикатора (Дисплеи. Под ред. Ж.Панкова, М.: Мир, 1982, стр.229).
Практическая полезность заявляемого подхода заключается в широкой гамме возможных применений:
- солнечные элементы (СЭ), прозрачные в видимой области спектра, могут быть использованы в строительстве при изготовлении бифункциональных оконных стекол.
Конструктивно такие солнечные элементы и батареи могут быть изготовлены с минимальными затратами на базе стандартных энергосберегающих стеклопакетов - К-стекло + аргон + стекло.
Прозрачная в видимой части спектра гетероструктура из органических полупроводниковых материалов и светопропускающий катодный электрод формируются на электропроводящем покрытии К-стекла. К-стекло в такой конструкции выполняют функцию прозрачной подложки с прозрачным анодным электродом.
Относительно невысокий КПД (порядка 3%) такой прозрачной солнечной батареи компенсируется большой площадью фотоприемной поверхности.
Для аналогичных целей такие стекла могут быть использованы в авиастроении и автомобилестроении.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
УФ-ФОТОПРИЕМНИК НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ | 2005 |
|
RU2289871C1 |
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОХРОМНОГО УСТРОЙСТВА И ЭЛЕКТРОХРОМНОЕ УСТРОЙСТВО | 2016 |
|
RU2642558C1 |
ЭЛЕКТРОХРОМНОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ | 2019 |
|
RU2711654C1 |
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ МАССИВА НАНОСТЕРЖНЕЙ ОКСИДА ЦИНКА С ТОНКОЙ СПЛОШНОЙ ОБОЛОЧКОЙ ИЗ СУЛЬФИДА ОЛОВА | 2017 |
|
RU2723912C1 |
Фоточувствительное устройство и способ его изготовления | 2018 |
|
RU2685032C1 |
Оптическое покрытие на основе ITO пленок с осажденными углеродными нанотрубками | 2022 |
|
RU2801791C1 |
ОРГАНИЧЕСКИЙ ДОНОРНО-АКЦЕПТОРНЫЙ ГЕТЕРОПЕРЕХОД ДЛЯ СОЛНЕЧНОГО ЭЛЕМЕНТА | 2012 |
|
RU2499330C1 |
ЭЛЕКТРОХРОМНОЕ УСТРОЙСТВО | 2019 |
|
RU2810917C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОПТИЧЕСКИ ПРОЗРАЧНОГО ЭЛЕКТРОПРОВОДНОГО ПОКРЫТИЯ И ИЗДЕЛИЕ С ПОКРЫТИЕМ, ПОЛУЧЕННОЕ УКАЗАННЫМ СПОСОБОМ (ВАРИАНТЫ) | 2005 |
|
RU2274675C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПОКРЫТИЯ НА ОРГАНИЧЕСКОМ СТЕКЛЕ | 2011 |
|
RU2485063C2 |
Изобретение относится к оптоэлектронным приборам. Сущность изобретения: в приемнике оптического излучения, содержащем, по крайней мере, одну расположенную на прозрачной подложке гетероструктуру, заключенную между двумя светопропускающими анодным и катодным электродами и состоящую из двух слоев органических полупроводниковых материалов с различной шириной запрещенной зоны, слои гетероструктуры выполнены из материалов с максимумами спектров поглощения, расположенными в области λ≤450 нм и высоким светопропусканием в видимой части спектра, при этом светопропускание падающего потока излучения приемника оптического излучения в видимой части спектра составляет не менее 30%. Техническим результатом изобретения является создание приемника оптического излучения, прозрачного в видимой области спектра. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил.
1. Приемник оптического излучения, содержащий, по крайней мере, одну, расположенную на прозрачной подложке гетероструктуру, заключенную между двумя светопропускающими анодным и катодным электродами и состоящую из двух слоев органических полупроводниковых материалов с различной шириной запрещенной зоны, слои гетероструктуры выполнены из материалов с максимумами спектров поглощения, расположенными в области λ≤450 нм и высоким светопропусканием в видимой части спектра, при этом светопропускание падающего потока излучения приемника оптического в видимой части спектра составляет не мене 30%.
2. Приемник по п.1, в котором анодный и катодный электроды выполнены из материалов, прозрачных в видимой части спектра.
3. Приемник по п.1, в котором анодный электрод выполнен из материала, прозрачного в видимой части спектра, а катодный электрод распределен по поверхности полупроводникового слоя и занимает меньшую ее часть.
4. Приемник по п.1, в котором гетероструктуры с электродами расположены с обеих сторон прозрачной подложки.
5. Приемник по п.1, в котором, по крайней мере, две гетероструктуры имеют общий катодный электрод, а полупроводниковые слои расположены симметрично относительно общего электрода.
6. Оптическое устройство, содержащее приемник оптического излучения по п.1, расположенный над приемником оптического излучения с чувствительностью в видимой и ближней ИК-области спектра.
7. Оптическое устройство, содержащее приемник оптического излучения по п.1, расположенный рядом с поверхностью электрохромного индикатора и составляющий часть его поверхности, при этом обе части устройства электрически могут быть соединены друг с другом.
US 5504323 А, 02.04.1996 | |||
ГЕТЕРОГЕННЫЙ ФОТОЭЛЕМЕНТ | 2002 |
|
RU2217845C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ УСТРОЙСТВ НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ | 2000 |
|
RU2214651C2 |
US 5523555 A, 04.06.1996 | |||
JP 3262169 A, 21.11.1991. |
Авторы
Даты
2009-04-27—Публикация
2006-08-22—Подача