光電轉換器件及其應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種半導體器件，尤其涉及一種光電轉換器件。
【背景技術】
[0002] 能源問題是當代人類社會發展面臨的重大問題，在如何更有效地獲得能源方面人 們發展了很多種方法。太陽能是當今最清潔的能源，取之不盡、用之不竭。地球每40秒接 收到的太陽能就相當于210億桶石油的能量，相當于目前全球一天所消耗的能源總和。利 用半導體材料的光生伏特效應制成的太陽能光伏電池是目前太陽能利用的典型實例，但由 于常見的太陽能光伏電池制造工藝復雜，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，并且對環境產生很大的污染。因此，發展其他類型的光電轉換裝置 就具有潛在的應用價值。
[0003] 當在一塊材料的兩端存在溫度差時，則在這兩端會有一定的電勢差，這個現象叫 塞貝克效應，反之則叫帕爾貼效應。這兩個現象是熱電效應的兩個方面。熱電效應是一種 無噪聲無污染的能量轉化形式。現有技術提供的光電轉換器件一般采用一種吸熱結構吸收 太陽能轉換為熱能，并通過半導體熱電材料將熱能轉換為電能，實現光電轉換。通常，現有 的吸熱結構在光電轉換器件中僅僅考慮吸收太陽光的單一功能。在光電轉換結構中應用該 吸熱結構時，還需要額外設置例如承載體、熱傳遞結構、導電電極等等。因此，現有的光電轉 換器件結構復雜，成本較高，且，不利于提升能量轉換效率，亦不利于大面積的生產制造。
【發明內容】
[0004] 有鑒于此，確有必要提供一種結構簡單、成本低，且具有較高熱電轉換效率的光電 轉換器件。
[0005] -種光電轉換器件，包括：一P型熱電結構，具有一吸熱端以及與其相對的一電壓 輸出端，一N型熱電結構，具有一吸熱端以及與其相對的一電壓輸出端，所述P型熱電結構 與N型熱電結構間隔設置，兩者的吸熱端處于同一平面且面向同一方向，所述P型熱電結構 與N型熱電結構由熱電材料構成，用于將熱能轉換為電能；一第一電極與一第二電極，該第 一電極與所述P型熱電結構的電壓輸出端電連接，該第二電極與所述N型熱電結構的電壓 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型熱電結構的吸熱端及N型熱電結構的吸熱端平行且直接接觸設置，所述光電轉換 器件的碳納米管層靠近入射光設置。
[0006] -種光電轉換裝置，由至少兩個光電轉換器件串聯組成，該至少兩個光電轉換器 件間隔設置，每兩個相鄰的光電轉換器件中，一個光電轉換器件的第一電極與另一個光電 轉換器件的第二電極電連接，且每兩個相鄰的光電轉換器件的碳納米管層間隔設置。
[0007] -種光電發電裝置，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，所述集熱器腔體內部為真空；一光電轉換裝置，位于所述集熱器腔體內部，其多個 第一電極、第二電極與所述下基板接觸設置，光線可透過上基板射向碳納米管層；以及一制 冷裝置，設置于下基板位于集熱器空腔外的表面。
[0008] 相較于現有技術，本發明所提供的光電轉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型熱電結構和N型熱電結構的吸熱端接觸設置，無需設置額外的導熱 結構，同時利用碳納米管的導電性能，碳納米管層串聯在P型熱電結構和N型熱電結構之間 可以實現電極的作用，無需設置額外的電極。因此，本發明所提供的光電轉換器件結構簡 單、成本低，且有利于大面積的生產制造。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發明第一實施例光電轉換器件的立體結構圖。
[0010] 圖2是本發明第一實施例光電轉換器件的剖視圖。
[0011] 圖3是碳納米管膜中碳納米管片斷的結構示意圖。
[0012] 圖4是本發明第一實施例的BiuSbuTeV碳納米管復合結構掃描電鏡照片。
[0013] 圖5是本發明第一實施例的光電轉換器件的光電轉換效率與碳納米管膜面密度 關系曲線。
[0014] 圖6是本發明第二實施例光電轉換裝置的立體結構圖。
[0015] 圖7是本發明第二實施例光電轉換裝置的剖視圖。
[0016] 圖8是本發明第三實施例光電發電裝置的立體結構圖。
[0017] 主要元件符號說明
【主權項】
1. 一種光電轉換器件，包括： 一 P型熱電結構，具有一吸熱端以及與其相對的一電壓輸出端，一 N型熱電結構，具有 一吸熱端以及與其相對的一電壓輸出端，所述P型熱電結構與N型熱電結構間隔設置，且兩 者的吸熱端面向同一方向，所述P型熱電結構與N型熱電結構由熱電材料構成，用于將熱能 轉換為電能； 一第一電極與一第二電極，該第一電極與所述P型熱電結構的電壓輸出端電連接，該 第二電極與所述N型熱電結構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，進一步包括一碳納米管層，該碳納米管層與所述P型熱電結構的吸熱端 及N型熱電結構的吸熱端直接接觸設置，所述光電轉換器件的碳納米管層靠近入射光設 置。
2. 如權利要求1所述的光電轉換器件，其特征在于，所述P型熱電結構的吸熱端及N型 熱電結構的吸熱端在同一平面，且與所述碳納米管層平行。
3. 如權利要求1所述的光電轉換器件，其特征在于，所述碳納米管層未與熱電結構接 觸的部位懸空設置。
4. 如權利要求1所述的光電轉換器件，其特征在于，所述碳納米管層的厚度范圍為 110nm-400nm〇
5. 如權利要求1所述的光電轉換器件，其特征在于，所述碳納米管層串聯在所述P型熱 電結構的吸熱端及N型熱電結構的吸熱端之間。
6. 如權利要求1所述的光電轉換器件，其特征在于，所述碳納米管層包括層疊設置的 多層碳納米管膜，該碳納米管膜包括多個碳納米管沿一方向擇優取向排列。
7. 如權利要求6所述的光電轉換器件，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. 如權利要求1所述的光電轉換器件，其特征在于，所述P型熱電結構與N型熱電結構 通過范德華力直接與碳納米管層連接。
9. 如權利要求1所述的光電轉換器件，其特征在于，所述P型熱電結構與N型熱電結構 由BixSb(2_ x)Te3熱電材料構成。
10. 如權利要求9所述的光電轉換器件，其特征在于，所述P型熱電結構與N型熱電 結構為一層由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. 一種光電轉換裝置，由至少兩個如權利要求1至10所述的光電轉換器件串聯組成， 該至少兩個光電轉換器件間隔設置，其特征在于，每兩個相鄰的光電轉換器件中，一個光電 轉換器件的第一電極與另一個光電轉換器件的第二電極電連接，且每兩個相鄰的光電轉換 器件的碳納米管層間隔設置。
12. -種光電發電裝置，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，所述集熱器腔體內部為真 空； 一如權利要求11所述的光電轉換裝置，位于所述集熱器腔體內部，其多個第一電極、 第二電極與所述下基板接觸設置，光線可透過上基板射向碳納米管層；以及 一制冷裝置，設置于下基板位于集熱器空腔外的表面。
【專利摘要】一種光電轉換器件及其應用，包括：一P型熱電結構及一N型熱電結構，用于將熱能轉換為電能，兩種熱電結構間隔設置，且均具有一吸熱端以及與其相對的一電壓輸出端；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型熱電結構的電壓輸出端電連接，該第二電極與所述N型熱電結構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換成熱能，與所述P型熱電結構的吸熱端及N型熱電結構的吸熱端平行且直接接觸設置。本發明所提供的光電轉換器件結構簡單、成本低，且具有較高熱電轉換效率。
【IPC分類】H01L35-16, H01L35-32, H01L35-10
【公開號】CN104868045
【申請號】CN201410059692
【發明人】劉長洪, 夏丹, 范守善
【申請人】清華大學, 鴻富錦精密工業（深圳）有限公司
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2014年2月21日
【公告號】US20150243820