[实用新型]纳米光－热伏电池

说明书

本实用新型涉及一种电池，尤其是一种可以将光能转换成电能的光电池，属于半导体材料应用技术领域。

目前，公知的光电池通常由半导体衬与扩散层形成的PN结、以及该PN结两端引出的电极构成。这种光电池仅仅凭PN结形成的自建电场使光能转换成电流，而根本无法利用光电转换过程中存在的大量热能，其转换效率很低，最多只能达到18.5％。申请日为991014、申请号为99229600.5的中国专利《热光电池》公开了一种热光电池结构。这种结构的热光电池从理论上打开了吸收红外线及利用耗散热能的通道，因此可以具有明显提高光电转换率的功效。然而，这种热光电池仅仅是一种实验室阶段的样品雏型，尤其是尚未考虑到与纳米技术的结合，因此难以实现将太阳光能、辐射热能以及光电转换过程中的热能均转换成电能，其性价比不能符合工业化生产的要求。

本实用新型的目的在于：针对上述现有热光电池存在的问题，提出一种利用纳米技术充分发挥热光电池效能、可以工业化生产的纳米光-热伏电池。

为了达到上述目的，申请人在深入研究和实践的基础上，提出以下技术方案：本实用新型的纳米光-热伏电池包括半导体衬底、扩散层、高渗杂扩散层，以及分别从衬底和高渗杂扩散层引出的电极。此外，还含有离子注入层，所述离子注入层夹在衬底与高渗杂扩散层之间，形成两个P N结。高渗杂扩散层覆盖离子注入层，使其厚度在1nm-100nm之间。

在本实用新型纳米光-热伏电池衬底与离子注入层之间的P N结界面，可以产生与普通光电池类似的光生电位，由此而产生的光生电流可以用下式表示

       J＝-qμn(dΦ_n/dx)    (1)(1)式中    J-光生电流

       q-电子电荷

       μ-电子迁移率

       n-电子密度

       Φ_n-光生电位其中，qΦ_n为光生电位引入后的准费米能级。

而在离子注入层与高渗杂扩散层之间的PN结界面之间，由于此区间在电子自由程的距离内，势能改变很快，不存在平衡状态，所以此区域内的载流子不能用准费米能级来描述，其光生电流应当用下式表示

       J＝q(n_m-n_o)V_R    (2)(2)式中    J-光生电流

       q-电子电荷

       n_m-有电流时在x_m处的电荷密度

       n_o-在x_m处的准平衡电荷密度

       V_R-势能极大处的复合速度根据上述理论分析可知，当注入光强度达到一定程度后，将引起量子隧道效应。换个角度通俗些说，由于高渗杂作用使高渗杂扩散层与离子注入层之间的P N结处、包括“覆盖”区域，积聚大量可以吸收近红外线的载流子，而离子注入层的厚度极薄，载流子很容易穿越其形成的势垒，因此两PN结处的总电流将是光生电流加上吸收热能载流子产生的电流及隧道电流之和，以上的热能包括太阳光辐射热以及光电转换过程中产生的热能。结果，本实用新型真正实现了将太阳光能、辐射热能以及光电转换过程中的热能均转换成电能。因为量子隧道效应带来的电流增益远比光生电流大得多，因此转换效率大大提高，从而使性价比产生了飞跃，可以工业化生产。

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型实施例一的结构示意图。

图2是本实用新型实施例二的结构示意图。

实施例一