一种准光子晶体结构、光子吸收结构和应用的制作方法

本发明属于光电转换装置的，尤其涉及一种准光子晶体结构、光子吸收结构和应用。

背景技术：

1、光电转换装置是一种利用半导体材料将光直接转化为电的电子设备。在光电转换装置的光学吸收中，光子与其中的半导体吸收层相互作用时除了被吸收以外，还可能被反射直接离开吸收层，而进入吸收层的光子的通过路径也有可能被改变，致使部分光子从吸收层逃逸，最终造成40%甚至更高的光学吸收表面损失。

2、目前，为了减少光学吸收表面损失，会在光电转换装置中引入薄薄的电介质材料层作为防反射涂层。但是，所采用的电介质材料层的有效工作波长范围内工作窄，无法在全可见光光谱中实现理想的抗反射效果，且在实际应用中可能出现层脱离，具有较大的局限性。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于解决现有技术中抗反射涂层无法在全可见光光谱中起到良好抗反射效果的问题，而提供的一种准光子晶体结构。该准光子晶体结构应用于吸收层时在全可见光光谱中均具有优异的抗反射效果，可被很好地应用于光电转换装置中，最终实现提高光电转换装置的光转化效率和光电流密度的效果。

2、本发明的第二目的在于提供一种光子吸收结构。

3、本发明的第三目的在于提供以上准光子晶体结构和/或光子吸收结构在光电转换装置中的应用。

4、具体的，本发明提供的准光子晶体结构包括：第一多边形结构阵列，其通过结构化吸收层的一面以形成，所述第一多边形结构阵列包括凸点，且在所述第一多边形结构阵列中，多个相邻的所述凸点随机组合形成多边形结构单元一，所述多边形结构单元一以角度随机、尺寸大小随机和间距相等的方式进行排布；第二多边形结构列阵，其通过结构化吸收层背离所述第一多边形结构阵列的一面以形成，所述第二多边形结构列阵包括凹点，且在所述第二多边形结构列阵中，多个相邻的所述凹点随机组合形成多边形结构单元二，所述多边形结构单元二以角度随机、尺寸大小随机和间距相等的方式进行排布。

5、在一些具体的实施方式中，在所述第一多边形结构阵列中，两相邻所述多边形结构单元一的中心点之间的间距为50~80μm。

6、在一些具体的实施方式中，在所述第一多边形结构阵列中，所述多边形结构单元一选自三角形结构单元、四边形结构单元、六边形结构单元、八边形结构单元、十边形结构单元和十二边形结构单元中的一种或多种。

7、在一些具体的实施方式中，所述凸点的直径为50~750nm，高度为80~500nm；在同一所述多边形结构单元一中，两相邻所述凸点的间距为200~1000nm。

8、在一些具体的实施方式中，在所述第二多边形结构列阵中，两相邻所述多边形结构单元二的中心点之间的间距为50~80μm。

9、在一些具体的实施方式中，在所述第二多边形结构列阵中，所述多边形结构单元二选自三角形结构单元、四边形结构单元、六边形结构单元、八边形结构单元、十边形结构单元和十二边形结构单元中的一种或多种。

10、在一些具体的实施方式中，所述凹点的直径为50~750nm，深度为200~3000nm；在同一所述多边形结构单元二中，两相邻所述凹点的间距为200~1000nm。

11、本发明提供的光子吸收结构中，包括以上所述的准光子晶体结构。

12、在一些具体的实施方式中，所述光子吸收结构包括吸收层，所述第一多边形结构阵列设置于吸收层的入光侧，所述第二多边形结构阵列设置于吸收层的背光侧。

13、在一些具体的实施方式中，所述吸收层的材料选自inxga1-xas（x=0.53）、多晶硅、非晶态硅、碲化镉、铜铟镓硒、钛酸钙和有机金属化合物中的一种或多种。

14、在一些具体的实施方式中，所述吸收层的厚度为600~3000nm。

15、有益效果：

16、（1）本发明提供的准光子晶体结构包括通过结构化吸收层的两面而形成的第一多边形结构阵列和第二多边形结构列阵，且第一多边形结构列阵和第二多边形结构列阵相较于吸收层具有不同的形态——第一多边形结构阵列包括凸点（也即第一多边形结构阵列突出于吸收层设置），且多个相邻凸点所形成的多边形结构单元一以角度随机、尺寸大小随机和间距相等的方式进行排布，第二多边形结构列阵包括凹点（也即第二多边形结构列凹陷于吸收层设置），且多个相邻凹点所形成的多边形结构单元二以角度随机、尺寸大小随机和间距相等的方式进行排布，使得该准光子晶体结构表现为长程有序和短程无序，以形成理想的陷光效应结构，在全波长范围内均具有良好的光子捕获效果，可减少光子的反射，同时准光子晶体结构还可将不同入射角度的光耦合成最佳传播路径，有效控制光的传播路径和分布，减少光子反射以及逃逸的发生，能够很好地实现提高提高光电转换装置的光转化效率和光电流密度的效果，且不会出现层分离现象，应用前景良好。

17、（2）本发明提供的准光子晶体结构尤其可应用于厚度为600~3000nm的吸收层（厚度为600~1000nm）中，其在较薄的吸收层中仍能够表现出良好的全波长，能够同时实现光电转换装置薄化和光电性能的提升。

技术特征：

1.一种准光子晶体结构，其特征在于，所述准光子晶体结构包括：

2.根据权利要求1所述的准光子晶体结构，其特征在于，两相邻所述多边形结构单元一的中心点之间的间距为50~80μm。

3.根据权利要求1所述的准光子晶体结构，其特征在于，所述多边形结构单元一选自三角形结构单元、四边形结构单元、六边形结构单元、八边形结构单元、十边形结构单元和十二边形结构单元中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的准光子晶体结构，其特征在于，所述凸点的直径为50~750nm，高度为80~500nm；在同一所述多边形结构单元一中，两相邻所述凸点的间距为200~1000nm。

5.根据权利要求1所述的准光子晶体结构，其特征在于，两相邻所述多边形结构单元二的中心点之间的间距为50~80μm。

6.根据权利要求1所述的准光子晶体结构，其特征在于，所述多边形结构单元二选自三角形结构单元、四边形结构单元、六边形结构单元、八边形结构单元、十边形结构单元和十二边形结构单元中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的准光子晶体结构，其特征在于，所述凹点的直径为50~750nm，深度为200~3000nm；在同一所述多边形结构单元二中，两相邻所述凹点的间距为200~1000nm。

8.一种光子吸收结构，其特征在于，包括权利要求1~7任一所述的准光子晶体结构。

9.根据权利要求8所述的光子吸收结构，其特征在于，所述光子吸收结构包括吸收层，所述第一多边形结构阵列设置于吸收层的入光侧，所述第二多边形结构阵列设置于吸收层的背光侧。

10.根据权利要求9所述的光子吸收结构，其特征在于，所述吸收层的材料包选自inxga1-xas、多晶硅、非晶态硅、碲化镉、铜铟镓硒、钛酸钙和有机金属化合物中的一种或多种。

11.根据权利要求9所述的光子吸收结构，其特征在于，所述吸收层的厚度为600~3000nm。

12.权利要求1~7任一所述的准光子晶体结构和/或权利要求8~11任一所述的光子吸收结构在光电转换装置中的应用。

技术总结
本发明属于光电转换装置的技术领域，公开了一种准光子晶体结构、光子吸收结构和应用。本发明提供的准光子晶体结构包括通过结构化吸收层两侧面形成的第一多边形结构阵列和第二多边形结构列阵，且第一多边形结构阵列包括凸点，多个相邻凸点形成以角度随机、尺寸大小随机和间距相等的方式进行排布的多边形结构单元一；第二多边形结构列阵包括凹点，多个相邻凹点形成以角度随机、尺寸大小随机和间距相等的方式进行排布的多边形结构单元二。该准光子晶体结构在400~1000nm的波长范围内均具有良好的光捕获和光耦合能力，且能将不同入射角度的光耦合成最佳传播路径，有效控制光的传播路径和分布，减少光子反射以及逃逸的发生，具有优异的光学性能。

技术研发人员：王望南,段海龙,张伟,蔡晓玲
受保护的技术使用者：粒芯科技（厦门）股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/7/29