一种大面积有序有机p-n结纳米线阵列的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN104253225104253225A(43)申请公布日2014.12.31(21)申请号201310261699.2(22)申请日2013.06.27(71)申请人中国科学院化学研究所地址100190北京市海淀区中关村北一街2号(72)发明人赵永生崔秋红闫永丽姚建年(74)专利代理机构北京庆峰财智知识产权代理事务所(普通合伙)11417代理人刘元霞(51)Int.Cl.H01L51/48(2006.01)H01L51/56(2006.01)权权利要求书2页利要求书2页说明书6页说明书6页附图7页附图7页(54)发明名称一种大面积有序有机p-n结纳米线阵列的制备方法(57)摘要本发明提供一种大面积有序有机p-n结纳米线阵列的制备方法，将两种光电性能优异，能量匹配的共轭有机半导体分子同时放在管式炉的不同温区处，利用不同化合物具有不同的升华温度，在系统升温过程中，两种化合物分别先后升华沉积，接着各自外延生长，形成p-n异质结纳米线。通过改变温度、时间等实验条件，得到不同尺寸、分布密度的p-n异质结的阵列结构。基于获得的有机p-n异质结结构，可以制备单根纳米线的光电器件，如：光控二极管、太阳能电池、以及阵列结构的太阳能器件。CN104253225ACN104253ACN104253225A权利要求书1/2页1.一种大面积有序有机p-n结纳米线阵列的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将两种能级匹配的共轭有机半导体分子同时放在管式炉的不同温区处，进行系统升温；（2）将上述两种化合物分别先后升华沉积，（3）接着各自外延生长，形成p-n异质结纳米阵列结构。2.根据权利要求1的制备方法，其特征在于，所述方法为一步物理气相沉积方法，得到大面积有序的p-n结阵列。3.根据权利要求1或2的制备方法，其特征在于，所述方法包括：（1）选择光电性能优异，能量匹配的共轭有机半导体分子，将两个化合物（可以定义为化合物A和化合物B）放在管式炉的不同温区，进行系统升温；（2）在系统升温过程中，其中一种化合物A（n型或p型）先达到升华点，优先在基底处沉积生成微纳颗粒，随着系统温度升高，另一种化合物B（p型或n型）达到升华点随后升华，选择性的外延生长在预先生成的微纳颗粒A的缺陷处；（3）接着，两种化合物各自外延生长，形成p-n异质结纳米线。优选地，所述异质结部位长度约为1-10微米，优选1.5-8微米，更优选2-5μm，A分子部位宽度约为1-6微米，优选1.2-4微米，B分子部位宽度约为0.1-0.6微米，优选0.2-0.4微米。4.根据权利要求1-3任一项的制备方法，其特征在于，所述能级匹配的共轭有机半导体分子选自四吡啶卟啉（H2TPyP，n-type）和酞菁铜。5.根据权利要求1-4任一项的制备方法，其特征在于，所述基底选自二氧化硅，石英或者光控二极管基底，优选为光控二极管基底。更优选地，所述光控二极管基底的制备方法包括以下步骤：（1）高度N掺杂的单晶硅片，电阻率为0.05-0.20欧姆厘米，平面为[100]方向，然后对硅片进行热氧化，使其表面生成一层厚度20纳米-500纳米的SiO2热氧化层，并进行单面抛光，作为基底；（2）分别用丙酮，乙醇，去离子水洗涤，并用氮气轻轻吹干，之后置于60℃的烘箱中维持30分钟，再用紫外臭氧清洗机进行表面氧化处理约5～10分钟。6.一种p-n异质结单根光电器件的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：（1）先将权利要求1-5任一项制备的p-n结纳米线阵列结构单分散在基底上；（2）利用“掩模板”法，将基底倾斜一定角度，分两步蒸镀上不对称电极；（3）沉积完毕，用微探针将有机纳米线掩膜移除，得到不对称电极的光控二极管结构。优选地，步骤（2）中的不对称电极分别与半导体材料的功函数相匹配。更优选地，步骤（2）中分两步蒸镀上不对称电极包括：先进行铝（Al）的沉积，随后进行金（Au）的沉积。7.根据权利要求6的方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将聚甲氧基硅烷的图章轻放于所述的沉积好的异质结纳米线上，并与基底牢牢接触，从而将异质结纳米线吸附在图章上；（2）轻提起图章，并将图章上的异质结纳米线转移到处理好的基底上；（3）用微探针将预先制备好的有机纳米线轻轻置于异质结的结处，形成一个“十”字图2CN104253225A权利要求书2/2页案；（4）将基底倾斜一定角度，进行铝（Al）的沉积，随后将基底旋转180°进行金（Au）的沉积；（5）沉积完毕，用微探针将有机纳米线掩膜移除，得到不对称电极的光控二极管结构。8.一种纳米阵列光电器件的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：（1）在基底上蒸镀上Al；（2）将权利要求1-5任一项制备的异