[实用新型]人工光合作用装置

说明书

本实用新型公开了一种人工光合作用装置，包括反应槽、光电转换器件、氧化电极、还原电极和蓄电池，氧化电极和还原电极设置于反应槽内，氧化电极电性连接于光电转换器件的正极，还原电极电性连接于光电转换器件的负极，蓄电池的正极分别与氧化电极和光电转换器件的正极，蓄电池的负极分别与还原电极和光电转换器件的负极。本实用新型提高了人工光合作用装置的工作效率。

技术领域

本实用新型涉及半导体器件领域，尤其涉及一种光电转换器件和人工光合作用装置。

背景技术

温室效应和能源短缺问题已成为全球性难题，而人工光合作用可以将太阳光能转换成化学能，对减少CO2排放，以及开发利用新能源具有非常重要的意义。光合作用经过数十亿年的演变，具有非常优良的结构功能特性和较高的能量转化效率。从20世纪90年代提出了人工光合作用的概念之后到发展至今，仍未能在技术上取得突破，还在实验室阶段或尚未大面积推广实现大规模应用。并且，人工光合作用系统主要分为设计制备有机超分子或生物催化酶模拟自然光合作用系统以及利用无机半导体材料的光催化特性设计制备的人工光催化体系两个方向。无机半导体材料光催化性能的研究可追溯到1972年的本田藤岛效应。而第三代半导体材料GaN是为数不多可同时满足CO2还原和H2O氧化条件的光催化材料，GaN的电子亲和势比传统用于光催化的氧化物材料要小很多，因此在光制氢和CO2减排方面显示了巨大的应用前景，基于GaN材料的化学光电电池成为人工光合作用的有效途径之一。

一般情况下人工光和作用装置吸收的光能的来源是太阳光，这意味着人工光和作用装置在夜间无法正常工作，也就是人工光和作用装置每天的工作时间是有限的。因此有必要设计一种在白天和夜间均能正常执行光和作用(是指水的氧化，二氧化碳的还原)的装置，以提高工作效率。

实用新型内容

为了达到上述的目的，本实用新型采用了如下的技术方案：

在本实用新型提供了一种人工光合作用装置，包括反应槽、光电转换器件、氧化电极、还原电极和蓄电池，所述氧化电极和所述还原电极设置于所述反应槽内，所述氧化电极电性连接于所述光电转换器件的正极，所述还原电极电性连接于所述光电转换器件的负极，所述蓄电池的正极分别与所述氧化电极和所述光电转换器件的正极电性连接，所述蓄电池的负极分别与所述还原电极和所述光电转换器件的负极电性连接。

优选地，所述还原电极和所述光电转换器件的负极之间还设有稳压器。

优选地，所述光电转换器件包括第一光伏单元和第二光伏单元，所述第一光伏单元包括依序层叠的P型GaN层、InGaN层和N型GaN层，所述第二光伏单元包括依序层叠的P型InP衬底、第一InGaAs PN结层、第一遂穿结层、第二InGaAs PN结层、第二遂穿结层、GaAs PN结层；其中，所述GaAs PN结层的背离所述第二遂穿结层的表面与所述P型GaN层的背离所述InGaN层的表面键和连接，所述N型GaN层的背离所述InGaN层的表面上还设有增透膜层，所述增透膜层的背离所述N型GaN层的表面上设有第一电极，所述P型InP衬底的背离所述第一InGaAs PN结层的表面上设有与所述第一电极对应的第二电极，所述第一电极为所述光电转换器件的负极，所述第二电极为光电转换器件的正极。

优选地，所述第一电极为金属材料的栅状电极，或者是板型的透明材料电极。

优选地，所述InGaN层包括从所述P型GaN层至所述N型GaN层的方向依序层叠的第一子InGaN层、第二子InGaN层、第三子InGaN层，其中，所述第一子InGaN层、所述第二子InGaN层、所述第三子InGaN层中的In元素的组分依序增高。

优选地，所述第一子InGaN层的In组分为10％，所述第二子InGaN层的In组分为20％，所述第三子InGaN层的In组分为30％。

优选地，所述反应槽还包括质子交换膜，所述质子交换膜将所述反应槽分隔为第一反应槽和第二反应槽。