光電轉(zhuǎn)換器件及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件，尤其涉及一種光電轉(zhuǎn)換器件。
【背景技術(shù)】
[0002] 能源問題是當(dāng)代人類社會(huì)發(fā)展面臨的重大問題，在如何更有效地獲得能源方面人 們發(fā)展了很多種方法。太陽能是當(dāng)今最清潔的能源，取之不盡、用之不竭。地球每40秒接 收到的太陽能就相當(dāng)于210億桶石油的能量，相當(dāng)于目前全球一天所消耗的能源總和。利 用半導(dǎo)體材料的光生伏特效應(yīng)制成的太陽能光伏電池是目前太陽能利用的典型實(shí)例，但由 于常見的太陽能光伏電池制造工藝復(fù)雜，并且制備原料硅需要消耗大量的電能，這提高了 太陽能光伏電池的成本，并且對(duì)環(huán)境產(chǎn)生很大的污染。因此，發(fā)展其他類型的光電轉(zhuǎn)換裝置 就具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
[0003] 當(dāng)在一塊材料的兩端存在溫度差時(shí)，則在這兩端會(huì)有一定的電勢(shì)差，這個(gè)現(xiàn)象叫 塞貝克效應(yīng)，反之則叫帕爾貼效應(yīng)。這兩個(gè)現(xiàn)象是熱電效應(yīng)的兩個(gè)方面。熱電效應(yīng)是一種 無噪聲無污染的能量轉(zhuǎn)化形式?，F(xiàn)有技術(shù)提供的光電轉(zhuǎn)換器件一般采用一種吸熱結(jié)構(gòu)吸收 太陽能轉(zhuǎn)換為熱能，并通過半導(dǎo)體熱電材料將熱能轉(zhuǎn)換為電能，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。通常，現(xiàn)有 的吸熱結(jié)構(gòu)在光電轉(zhuǎn)換器件中僅僅考慮吸收太陽光的單一功能。在光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中應(yīng)用該 吸熱結(jié)構(gòu)時(shí)，還需要額外設(shè)置例如承載體、熱傳遞結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電電極等等。因此，現(xiàn)有的光電轉(zhuǎn) 換器件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，且，不利于提升能量轉(zhuǎn)換效率，亦不利于大面積的生產(chǎn)制造。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，確有必要提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，且具有較高熱電轉(zhuǎn)換效率的光電 轉(zhuǎn)換器件。
[0005] -種光電轉(zhuǎn)換器件，包括：一P型熱電結(jié)構(gòu)，具有一吸熱端以及與其相對(duì)的一電壓 輸出端，一N型熱電結(jié)構(gòu)，具有一吸熱端以及與其相對(duì)的一電壓輸出端，所述P型熱電結(jié)構(gòu) 與N型熱電結(jié)構(gòu)間隔設(shè)置，兩者的吸熱端處于同一平面且面向同一方向，所述P型熱電結(jié)構(gòu) 與N型熱電結(jié)構(gòu)由熱電材料構(gòu)成，用于將熱能轉(zhuǎn)換為電能；一第一電極與一第二電極，該第 一電極與所述P型熱電結(jié)構(gòu)的電壓輸出端電連接，該第二電極與所述N型熱電結(jié)構(gòu)的電壓 輸出端電連接，所述第一電極及第二電極用作電壓輸出端；一碳納米管層，該碳納米管層與 所述P型熱電結(jié)構(gòu)的吸熱端及N型熱電結(jié)構(gòu)的吸熱端平行且直接接觸設(shè)置，所述光電轉(zhuǎn)換 器件的碳納米管層靠近入射光設(shè)置。
[0006] -種光電轉(zhuǎn)換裝置，由至少兩個(gè)光電轉(zhuǎn)換器件串聯(lián)組成，該至少兩個(gè)光電轉(zhuǎn)換器 件間隔設(shè)置，每?jī)蓚€(gè)相鄰的光電轉(zhuǎn)換器件中，一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器件的第一電極與另一個(gè)光電 轉(zhuǎn)換器件的第二電極電連接，且每?jī)蓚€(gè)相鄰的光電轉(zhuǎn)換器件的碳納米管層間隔設(shè)置。
[0007] -種光電發(fā)電裝置，其包括：一集熱器，該集熱器由透明上基板、下基板及邊框支 架圍成，所述集熱器腔體內(nèi)部為真空；一光電轉(zhuǎn)換裝置，位于所述集熱器腔體內(nèi)部，其多個(gè) 第一電極、第二電極與所述下基板接觸設(shè)置，光線可透過上基板射向碳納米管層；以及一制 冷裝置，設(shè)置于下基板位于集熱器空腔外的表面。
[0008] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所提供的光電轉(zhuǎn)換器件通過碳納米管層吸收光能并將該 碳納米管層直接與P型熱電結(jié)構(gòu)和N型熱電結(jié)構(gòu)的吸熱端接觸設(shè)置，無需設(shè)置額外的導(dǎo)熱 結(jié)構(gòu)，同時(shí)利用碳納米管的導(dǎo)電性能，碳納米管層串聯(lián)在P型熱電結(jié)構(gòu)和N型熱電結(jié)構(gòu)之間 可以實(shí)現(xiàn)電極的作用，無需設(shè)置額外的電極。因此，本發(fā)明所提供的光電轉(zhuǎn)換器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單、成本低，且有利于大面積的生產(chǎn)制造。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例光電轉(zhuǎn)換器件的立體結(jié)構(gòu)圖。
[0010] 圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例光電轉(zhuǎn)換器件的剖視圖。
[0011] 圖3是碳納米管膜中碳納米管片斷的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012] 圖4是本發(fā)明第一實(shí)施例的BiuSbuTeV碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)掃描電鏡照片。
[0013] 圖5是本發(fā)明第一實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的光電轉(zhuǎn)換效率與碳納米管膜面密度 關(guān)系曲線。
[0014] 圖6是本發(fā)明第二實(shí)施例光電轉(zhuǎn)換裝置的立體結(jié)構(gòu)圖。
[0015] 圖7是本發(fā)明第二實(shí)施例光電轉(zhuǎn)換裝置的剖視圖。
[0016] 圖8是本發(fā)明第三實(shí)施例光電發(fā)電裝置的立體結(jié)構(gòu)圖。
[0017] 主要元件符號(hào)說明
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種光電轉(zhuǎn)換器件，包括： 一 P型熱電結(jié)構(gòu)，具有一吸熱端以及與其相對(duì)的一電壓輸出端，一 N型熱電結(jié)構(gòu)，具有 一吸熱端以及與其相對(duì)的一電壓輸出端，所述P型熱電結(jié)構(gòu)與N型熱電結(jié)構(gòu)間隔設(shè)置，且兩 者的吸熱端面向同一方向，所述P型熱電結(jié)構(gòu)與N型熱電結(jié)構(gòu)由熱電材料構(gòu)成，用于將熱能 轉(zhuǎn)換為電能； 一第一電極與一第二電極，該第一電極與所述P型熱電結(jié)構(gòu)的電壓輸出端電連接，該 第二電極與所述N型熱電結(jié)構(gòu)的電壓輸出端電連接，所述第一電極及第二電極用作電壓輸 出端； 其特征在于，進(jìn)一步包括一碳納米管層，該碳納米管層與所述P型熱電結(jié)構(gòu)的吸熱端 及N型熱電結(jié)構(gòu)的吸熱端直接接觸設(shè)置，所述光電轉(zhuǎn)換器件的碳納米管層靠近入射光設(shè) 置。
2. 如權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換器件，其特征在于，所述P型熱電結(jié)構(gòu)的吸熱端及N型 熱電結(jié)構(gòu)的吸熱端在同一平面，且與所述碳納米管層平行。
3. 如權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換器件，其特征在于，所述碳納米管層未與熱電結(jié)構(gòu)接 觸的部位懸空設(shè)置。
4. 如權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換器件，其特征在于，所述碳納米管層的厚度范圍為 110nm-400nm〇
5. 如權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換器件，其特征在于，所述碳納米管層串聯(lián)在所述P型熱 電結(jié)構(gòu)的吸熱端及N型熱電結(jié)構(gòu)的吸熱端之間。
6. 如權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換器件，其特征在于，所述碳納米管層包括層疊設(shè)置的 多層碳納米管膜，該碳納米管膜包括多個(gè)碳納米管沿一方向擇優(yōu)取向排列。
7. 如權(quán)利要求6所述的光電轉(zhuǎn)換器件，其特征在于，所述碳納米管層中相鄰的兩層碳 納米管膜中的碳納米管的排列方向成90°夾角。
8. 如權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換器件，其特征在于，所述P型熱電結(jié)構(gòu)與N型熱電結(jié)構(gòu) 通過范德華力直接與碳納米管層連接。
9. 如權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換器件，其特征在于，所述P型熱電結(jié)構(gòu)與N型熱電結(jié)構(gòu) 由BixSb(2_ x)Te3熱電材料構(gòu)成。
10. 如權(quán)利要求9所述的光電轉(zhuǎn)換器件，其特征在于，所述P型熱電結(jié)構(gòu)與N型熱電 結(jié)構(gòu)為一層由Bia5Sb, 5Te3材料組成的通過鍍膜的方法鍍于所述碳納米管層表面的柔性薄 膜。
11. 一種光電轉(zhuǎn)換裝置，由至少兩個(gè)如權(quán)利要求1至10所述的光電轉(zhuǎn)換器件串聯(lián)組成， 該至少兩個(gè)光電轉(zhuǎn)換器件間隔設(shè)置，其特征在于，每?jī)蓚€(gè)相鄰的光電轉(zhuǎn)換器件中，一個(gè)光電 轉(zhuǎn)換器件的第一電極與另一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器件的第二電極電連接，且每?jī)蓚€(gè)相鄰的光電轉(zhuǎn)換 器件的碳納米管層間隔設(shè)置。
12. -種光電發(fā)電裝置，其特征在于，其包括： 一集熱器，該集熱器由透明上基板、下基板及邊框支架圍成，所述集熱器腔體內(nèi)部為真 空； 一如權(quán)利要求11所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，位于所述集熱器腔體內(nèi)部，其多個(gè)第一電極、 第二電極與所述下基板接觸設(shè)置，光線可透過上基板射向碳納米管層；以及 一制冷裝置，設(shè)置于下基板位于集熱器空腔外的表面。
【專利摘要】一種光電轉(zhuǎn)換器件及其應(yīng)用，包括：一P型熱電結(jié)構(gòu)及一N型熱電結(jié)構(gòu)，用于將熱能轉(zhuǎn)換為電能，兩種熱電結(jié)構(gòu)間隔設(shè)置，且均具有一吸熱端以及與其相對(duì)的一電壓輸出端；一第一電極與一第二電極，用作電壓輸出端，該第一電極與所述P型熱電結(jié)構(gòu)的電壓輸出端電連接，該第二電極與所述N型熱電結(jié)構(gòu)的電壓輸出端電連接；一碳納米管層，用于吸收光能并將其轉(zhuǎn)換成熱能，與所述P型熱電結(jié)構(gòu)的吸熱端及N型熱電結(jié)構(gòu)的吸熱端平行且直接接觸設(shè)置。本發(fā)明所提供的光電轉(zhuǎn)換器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，且具有較高熱電轉(zhuǎn)換效率。
【IPC分類】H01L35-16, H01L35-32, H01L35-10
【公開號(hào)】CN104868045
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410059692
【發(fā)明人】劉長(zhǎng)洪, 夏丹, 范守善
【申請(qǐng)人】清華大學(xué), 鴻富錦精密工業(yè)（深圳）有限公司
【公開日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2014年2月21日
【公告號(hào)】US20150243820