【技术实现步骤摘要】
本申请涉及光电，尤其涉及一种光电转换单元、光学图像传感器、光电转换装置及方法。
技术介绍
1、光电器件可以实现光信号转换为电信号，在太阳能电池、图像采集和自动化控制等多个领域发挥着关键作用。
2、随着能源需求的不断增长和环境问题的日益凸显，从光能中捕获电能成为了一种广泛关注的可再生能源技术。然而，光电器件作为其中的关键组件，仍然存在输出电压低、离子电流信号低、制备困难等主要缺点。目前，主流的光电转化技术包括硅基和钙钛矿型太阳能电池、染料敏化太阳能电池、薄膜太阳能电池以及光离子泵等。硅基和钙钛矿型太阳能电池虽然应用广泛，但制造成本高昂，工艺复杂且效率受限；染料敏化太阳能电池的成本更低，但染料容易降解，工作电压较低且寿命较短；薄膜太阳能电池虽然具有轻巧灵活的优势，但其转换效率较低且稳定性不足；光离子泵是以离子作为电信号载体的光电传感器，面临离子电流低的挑战。
3、另外，光电器件作为图像采集设备的核心组件，在现代数字成像科技中扮演着重要角色。然而，传统的光电图像传感器仍存在一些局限性，如需要一个外加电源来保证电荷定向移动，制备困难，成本高，结构刚性而难以制成曲面，以及难以实现感存算一体化等。
4、为了克服光电器件低电压输出，低离子电流信号，以及制备困难等技术上的挑战，并推动光电传感器在图像采集领域的应用如无源、曲面结构等，需要进一步研究和开发新型光电转化技术，以提高性能、降低成本。
技术实现思路
1、本申请实施例提供一种光电转换单元、光学图像传感器、光
2、第一方面，本申请实施例提出了一种光电转换单元，包括第一集流层、光敏层、离子传输层和第二集流层，所述光敏层和所述第二集流层间隔设置；所述离子传输层设置在所述光敏层和所述第二集流层之间，所述离子传输层分别与所述光敏层和所述第二集流层接触；所述第一集流层和所述第二集流层间隔设置，且所述第一集流层和所述离子传输层间隔设置，所述第一集流层设置在所述光敏层的一侧，所述第一集流层与所述光敏层接触。
3、根据本申请实施例的一个方面，所述离子传输层具有通道，所述通道的两端分别与所述光敏层和所述第二集流层连接。
4、根据本申请实施例的一个方面，沿垂直于所述离子传输层的方向，所述通道的截面形状为封闭形状。
5、根据本申请实施例的一个方面，所述离子传输层包括多个层叠设置的子层，相邻子层之间具有通道，所述通道的两端分别与所述光敏层和所述第二集流层连接。
6、根据本申请实施例的一个方面，所述光敏层和所述第二集流层在第一方向上间隔设置，所述第一集流层设置在所述光敏层在所述第一方向上背离所述第二集流层的一侧。
7、根据本申请实施例的一个方面，所述光敏层和所述第二集流层在第一方向上间隔设置，所述第一集流层和所述光敏层在第二方向上层叠设置，所述第二方向垂直于所述第一方向。
8、根据本申请实施例的一个方面，部分所述离子传输层和所述第二集流层在第二方向上层叠设置，所述第二方向垂直于所述第一方向。
9、根据本申请实施例的一个方面，所述光敏层的材质包括卤化银、金属氧化物、金属硒化物、氮化物、无机半导体或有机光敏材料；其中，所述有机光敏材料包括聚合物半导体、p3ht、有机染料或罗丹明b。
10、根据本申请实施例的一个方面，所述离子传输层的材质包括固体电解质，离子有机电解质，离子液体，水，离子凝胶，一维、二维和多维纳米离子通道材料，或纳米流体材料；其中，离子凝胶包括有机凝胶，无机凝胶，或有机凝胶和无机凝胶的混合物。
11、根据本申请实施例的一个方面，采用阳极氧化方式制备多通道阳极氧化铝，并浸润离子液体后取出，形成所述离子传输层；其中，通道为孔的结构形式，通道孔径为50-100nm。
12、根据本申请实施例的一个方面，光电转换单元还包括基底，所述第一集流层、所述光敏层、所述离子传输层和所述第二集流层设置在所述基底的同一侧。
13、根据本申请实施例的一个方面，所述光敏层包括多个感光区域，多个所述感光区域按照设定的图形进行排布。
14、根据本申请实施例的一个方面，所述光敏层在不同的感光区域的感光材料中添加不同颜色的有机染料。
15、第二方面，本申请实施例提出了一种光学图像传感器，包括一个或多个如前述的光电转换单元。
16、第三方面，本申请实施例提出了一种光电转换装置，包括多个如前述的光电转换单元，多个所述光电转换单元在同一平面内阵列排布，多个所述光电转换单元串联和/或并联。
17、第四方面，本申请实施例提出了一种光电转换方法，包括：
18、当光照射在光敏层的第一集流层表面时，所述光敏层发生光触发还原反应并释放离子；
19、在反应和离子梯度的驱动下，离子通过离子传输层传输到第二集流层表面，促使所述第二集流层发生氧化反应，第一集流层和第二集流层之间形成特异性化学电势差，以向与第一集流层和第二集流层连接的外部电路输出电信号。
20、根据本申请实施例的一个方面，发生上述氧化和还原反应电对包括ag/agbr、ag/agcl、ag/agi、fe(cn)63-/fe(cn)64-、或fc+/fc。
21、本申请实施例提供的光电转换单元，第一集流层和光敏层组成光敏工作电极，当光照射在光敏工作电极表面时，光敏层发生光触发氧化还原反应并释放离子，在反应和离子梯度的驱动下，离子通过离子传输层传输到第二集流层表面，促使第二集流层发生氧化还原反应，光敏工作电极和第二集流层之间的氧化还原反应形成特异性化学电势差，可以向与第一集流层和第二集流层连接的外部电路输出电信号，实现光信号转化为电信号，且光触发电压较高，离子电流输出较高。
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1.一种光电转换单元，其特征在于，包括第一集流层、光敏层、离子传输层和第二集流层，所述光敏层和所述第二集流层间隔设置；所述离子传输层设置在所述光敏层和所述第二集流层之间，所述离子传输层分别与所述光敏层和所述第二集流层接触；所述第一集流层和所述第二集流层间隔设置，且所述第一集流层和所述离子传输层间隔设置，所述第一集流层设置在所述光敏层的一侧，所述第一集流层与所述光敏层接触。
2.根据权利要求1所述的光电转换单元，其特征在于，所述离子传输层具有通道，所述通道的两端分别与所述光敏层和所述第二集流层连接。
3.根据权利要求2所述的光电转换单元，其特征在于，沿垂直于所述离子传输层的方向，所述通道的截面形状为封闭形状。
4.根据权利要求1所述的光电转换单元，其特征在于，所述离子传输层包括多个层叠设置的子层，相邻子层之间具有通道，所述通道的两端分别与所述光敏层和所述第二集流层连接。
5.根据权利要求1所述的光电转换单元，其特征在于，所述光敏层和所述第二集流层在第一方向上间隔设置，所述第一集流层设置在所述光敏层在所述第一方向上背离所述第二集流层的一
6.根据权利要求1所述的光电转换单元，其特征在于，所述光敏层和所述第二集流层在第一方向上间隔设置，所述第一集流层和所述光敏层在第二方向上层叠设置，所述第二方向垂直于所述第一方向。
7.根据权利要求5或6所述的光电转换单元，其特征在于，部分所述离子传输层和所述第二集流层在第二方向上层叠设置，所述第二方向垂直于所述第一方向。
8.根据权利要求1所述的光电转换单元，其特征在于，所述光敏层的材质包括卤化银、金属氧化物、金属硒化物、氮化物、无机半导体或有机光敏材料；
9.根据权利要求1所述的光电转换单元，其特征在于，所述离子传输层的材质包括固体电解质，离子有机电解质，离子液体，水，离子凝胶，一维、二维和多维纳米离子通道材料，或纳米流体材料；
10.根据权利要求1所述的光电转换单元，其特征在于，采用阳极氧化方式制备多通道阳极氧化铝，并浸润离子液体后取出，形成所述离子传输层；
11.根据权利要求1所述的光电转换单元，其特征在于，还包括基底，所述第一集流层、所述光敏层、所述离子传输层和所述第二集流层设置在所述基底的同一侧。
12.根据权利要求1-11任一项所述的光电转换单元，其特征在于，所述光敏层包括多个感光区域，多个所述感光区域按照设定的图形进行排布。
13.根据权利要求12所述的光电转换单元，其特征在于，所述光敏层在不同的感光区域的感光材料中添加不同颜色的有机染料。
14.一种光学图像传感器，其特征在于，包括一个或多个如权利要求12或13所述的光电转换单元。
15.一种光电转换装置，其特征在于，包括多个如权利要求1至13任一项所述的光电转换单元，多个所述光电转换单元在同一平面内阵列排布，多个所述光电转换单元串联和/或并联。
16.一种光电转换方法，其特征在于，包括：
17.根据权利要求16所述的光电转换方法，其特征在于，发生上述氧化和还原反应电对包括Ag/AgBr、Ag/AgCl、Ag/AgI、Fe(CN)63-/Fe(CN)64-、或Fc+/Fc。
...【技术特征摘要】
1.一种光电转换单元，其特征在于，包括第一集流层、光敏层、离子传输层和第二集流层，所述光敏层和所述第二集流层间隔设置；所述离子传输层设置在所述光敏层和所述第二集流层之间，所述离子传输层分别与所述光敏层和所述第二集流层接触；所述第一集流层和所述第二集流层间隔设置，且所述第一集流层和所述离子传输层间隔设置，所述第一集流层设置在所述光敏层的一侧，所述第一集流层与所述光敏层接触。
2.根据权利要求1所述的光电转换单元，其特征在于，所述离子传输层具有通道，所述通道的两端分别与所述光敏层和所述第二集流层连接。
3.根据权利要求2所述的光电转换单元，其特征在于，沿垂直于所述离子传输层的方向，所述通道的截面形状为封闭形状。
4.根据权利要求1所述的光电转换单元，其特征在于，所述离子传输层包括多个层叠设置的子层，相邻子层之间具有通道，所述通道的两端分别与所述光敏层和所述第二集流层连接。
5.根据权利要求1所述的光电转换单元，其特征在于，所述光敏层和所述第二集流层在第一方向上间隔设置，所述第一集流层设置在所述光敏层在所述第一方向上背离所述第二集流层的一侧。
6.根据权利要求1所述的光电转换单元，其特征在于，所述光敏层和所述第二集流层在第一方向上间隔设置，所述第一集流层和所述光敏层在第二方向上层叠设置，所述第二方向垂直于所述第一方向。
7.根据权利要求5或6所述的光电转换单元，其特征在于，部分所述离子传输层和所述第二集流层在第二方向上层叠设置，所述第二方向垂直于所述第一方向。
8.根据权利要求1所述的光电转换单元，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏迪，彭谱洸，
申请(专利权)人：北京纳米能源与系统研究所，
类型：发明
国别省市：
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