双腔光电转换器

专利检索2025-04-07  10


本发明涉及光电转换,具体而言,涉及一种双腔光电转换器。


背景技术:

1、太阳能是清洁能源之一,光电转换器可以将太阳能转换为电能,半导体光电转换器是常见的光电转换器,其通过内部光电效应和异质晶体介质内的电荷分离直接将太阳的光辐射转化为电能。

2、然而,现有的半导体光电转换器存在一些限制,如输出的电动势(emf)较低,其最大电压输出仅为0.1v,此外,其温度依赖性强导致工作效率随温度升高而显著降低,比如在高太阳通量下,有限的工作温度会产生过多的热量,使其超出自身所承载的工作极限,限制了单位面积的功率输出,并需要冷却系统。


技术实现思路

1、本发明所要解决的问题是现有的半导体光电转换器输出的电动势以及工作效率均较低。

2、为解决上述问题,本发明提供了一种双腔光电转换器,包括第一腔体和第二腔体,所述第一腔体和所述第二腔体相互连通形成密封腔体,还包括设置在第一腔体内的正极和设置在第二腔体内的负极,所述第一腔体内还设有碱金属,所述密封腔体内充有惰性气体。

3、可选地,所述碱金属和所述惰性气体分别包括钠和氩气。

4、可选地,所述第一腔体为圆柱形,所述第二腔体为圆柱形或截锥形。

5、可选地,所述第二腔体位于所述第一腔体顶部,且所述第二腔体的特征扩散长度大于所述第一腔体的特征扩散长度。

6、可选地,所述钠和所述氩气在蒸汽状态下的气压比范围为0.01-0.1,所述第一腔体的特征扩散长度和第二腔体的特征扩散长度之比为0.17:(1-5)。

7、可选地,当所述第一腔体为圆柱形时,第一腔体的半径r2=0.5cm,高度l=1cm,第二腔体的特征扩散长度为1-5cm。

8、可选地,所述钠在蒸汽状态下的气体压力为0.02torr时,所述氩气的气体压力为0.3-1torr。

9、可选地,所述第一腔体外围还设有加热器。

10、可选地,所述第二腔体上设有光学窗口,所述光学窗口用于使光辐射透过第二腔体并汇聚于第一腔体中。

11、可选地,所述第一腔体和第二腔体由玻璃制成。

12、与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:

13、本发明提供的一种双腔光电转换器,与传统半导体太阳能电池相比,所述碱金属吸收进入所述密封腔体的光辐射后释放碱金属离子和电子,所述碱金属离子和电子在惰性气体的保护下分别向第二腔体的负极和第一腔体的正极扩散,所述碱金属离子和电子分别向负极和正极扩散集聚,也即双极性扩散,惰性气体的作用是作为缓冲气体,避免密封腔体内表面的非电极处积累碱金属原子,从而确保碱金属离子在混合物中进行双极扩散后被引导后积累到电极上所需的时间,也保证密封腔体内表面免受化学活性碱金属原子的影响,与传统半导体太阳能电池相比,这种双腔光等离子体电池(双腔光电转换器)的设计可以实现更高的emf值,通过模型估计以及实际验证,其emf可达2-3v,这比传统光伏技术中观察到的典型值高出一个数量级,在碱金属和惰性气体之间满足设定量比范围的情况下,在光辐射适当增强时,反而可以增强对钠蒸气的加热,从而提高其压力,获得更高的电场,也即获得更高的电动势,经过研究表明,本发明的双腔光电转换器具有显著高的操作温度阈值,超过了传统半导体太阳能电池中经常发现的80℃的其他原型极限,达到了600℃以上,可以保证持续输出较高的电动势,保证工作效率。



技术特征:

1.一种双腔光电转换器,其特征在于,包括第一腔体(1)和第二腔体(5),所述第一腔体(1)和所述第二腔体(5)相互连通形成密封腔体,还包括设置在第一腔体(1)内的正极(3)和设置在第二腔体(5)内的负极(4),所述第一腔体(1)内还设有碱金属,所述密封腔体内充有惰性气体。

2.根据权利要求1所述的双腔光电转换器,其特征在于,所述碱金属和所述惰性气体分别包括钠和氩气。

3.根据权利要求2所述的双腔光电转换器,其特征在于,所述第一腔体(1)为圆柱形,所述第二腔体(5)为圆柱形或截锥形。

4.根据权利要求2或3所述的双腔光电转换器,其特征在于,所述第二腔体(5)位于所述第一腔体(1)顶部,且所述第二腔体(5)的特征扩散长度大于所述第一腔体(1)的特征扩散长度。

5.根据权利要求4所述的双腔光电转换器,其特征在于,所述钠和所述氩气在蒸汽状态下的气压比范围为0.01-0.1,所述第一腔体(1)的特征扩散长度和所述第二腔体(5)的特征扩散长度之比为0.17:(1-5)。

6.根据权利要求4所述的双腔光电转换器,其特征在于,当所述第一腔体(1)为圆柱形时,所述第一腔体(1)的半径r2=0.5cm,高度l=1cm,第二腔体(5)的特征扩散长度为1-5cm。

7.根据权利要求5所述的双腔光电转换器,其特征在于,所述钠在蒸汽状态下的气体压力为0.02torr时,所述氩气的气体压力为0.3-1torr。

8.根据权利要求5所述的双腔光电转换器,其特征在于,所述第一腔体(1)外围还设有加热器(2)。

9.根据权利要求1-3任一所述的双腔光电转换器,其特征在于,所述第二腔体(5)上设有光学窗口(6),所述光学窗口(6)用于使光辐射透过所述第二腔体(5)并汇聚于所述第一腔体(1)中。

10.根据权利要求1-3任一所述的双腔光电转换器,其特征在于,所述第一腔体(1)和所述第二腔体(5)由玻璃制成。


技术总结
本发明提供了一种双腔光电转换器,涉及光电转换技术领域,该双腔光电转换器包括第一腔体和第二腔体,所述第一腔体和所述第二腔体相互连通形成密封腔体,还包括设置在第一腔体内的正极和设置在第二腔体内的负极,所述第一腔体内还设有碱金属,所述密封腔体内充有惰性气体,所述碱金属吸收进入所述密封腔体的光辐射后释放碱金属离子和电子,所述碱金属离子和所述电子在所述惰性气体的保护下分别向所述负极和所述正极扩散并聚集。本发明的双腔光电转换器产生的电动势,比传统半导体太阳能电池的电动势高出一个数量级,且具有显著高的操作温度阈值。

技术研发人员:周晨,袁承勋,姚静锋,王莹,周忠祥,穆罕穆德·曼都,库德里亚夫谢夫·安纳托利
受保护的技术使用者:哈尔滨工业大学
技术研发日:
技术公布日:2024/5/29
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