[实用新型]纳米间隔层的全固态光子增强热电子发射光电转化器件

说明书

本实用新型属于光子增强热电子发射光电转化器件，为解决真空结构的光子增强热电子发射器件在高温下工作时，工作寿命和转化效率会降低的问题，提供纳米间隔层的全固态光子增强热电子发射光电转化器件，包括吸收层、势垒层和电极层；吸收层包括长方体状的第一吸收部，第一吸收部朝向电极层的侧面设有多个第二吸收部，第二吸收部呈矩阵状排布；各第二吸收部与电极层之间分别通过势垒层相连，势垒层与第二吸收部的排布相对应；吸收层采用禁带宽度为0.8‑2.1eV的P型掺杂半导体材料，势垒层采用禁带宽度大于吸收层的半导体材料，吸收层和势垒层的异质结界面处导带能量差小于价带能量差，电极层采用金属材料，还可将上述光电转化器件用类似串联的结构进行组装。

技术领域

本实用新型属于光子增强热电子发射光电转化器件，具体涉及一种纳米间隔层的全固态光子增强热电子发射光电转化器件。

背景技术

太阳能作为安全、环保、可再生的绿色能源，其高效应用技术得到了广泛重视与研究。光子增强热电子发射效应是近来提出的一种太阳能高效应用新技术，其采用真空近贴的P型重掺杂半导体阴极和低功函数阳极，利用阴极吸收聚焦太阳光后所产生光生电子的热电子发射进行光电能量转化。由于光子增强热电子发射器件能够同时利用光子能量和光生热能，其单一器件的转化效率可达38％。另外，由于其阳极可结合余热利用器件构成复合利用系统，其总的转化效率可达50％以上。

然而在实际应用中，采用真空结构的光子增强热电子发射器件，其阴极激活层材料在高温下易脱附导致阴极性能下降，同时温度上升将影响其器件的真空度，进而影响真空器件工作寿命，作为真空电子发射器件空间电荷效应将降低发射电流，影响转化效率，以上技术难题已成为影响光子增强热电子发射效应实用化发展的瓶颈问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是解决现有技术中真空结构的光子增强热电子发射器件在高温下工作时，工作寿命和转化效率会降低的技术问题，提供一种纳米间隔层的全固态光子增强热电子发射光电转化器件。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

纳米间隔层的全固态光子增强热电子发射光电转化器件，其特殊之处在于，包括吸收层、势垒层和电极层；

所述吸收层包括长方体状的第一吸收部，所述第一吸收部朝向电极层的侧面设有多个第二吸收部，所述第二吸收部呈矩阵状排布，各第二吸收部与电极层之间分别通过势垒层相连，所述势垒层与第二吸收部的排布相对应；

所述吸收层采用禁带宽度为0.8-2.1eV的P型掺杂半导体材料，所述势垒层采用禁带宽度大于吸收层的半导体材料，吸收层和势垒层的异质结界面处导带能量差小于价带能量差；所述电极层采用金属材料。

纳米间隔层的全固态光子增强热电子发射光电转化器件，其特殊之处在于，包括多个电极层，相邻两个电极层之间设有吸收层和势垒层；

所述吸收层包括长方体状的第一吸收部，所述第一吸收部的一个侧面与相邻两个电极层中的一个相连，第一吸收部的另一个侧面上设有多个第二吸收部，所述第二吸收部呈矩阵状排布，各第二吸收部与相邻两个电极层中的另一个之间分别通过势垒层相连，所述势垒层与第二吸收部的排布相对应；

所述吸收层采用禁带宽度为0.8-2.1eV的P型掺杂半导体材料，所述势垒层采用禁带宽度大于吸收层的半导体材料，吸收层和势垒层的异质结界面处导带能量差小于价带能量差；所述电极层采用金属材料。

吸收层采用禁带宽度在0.8～2.1eV的窄禁带半导体材料，并采用P型重掺杂，用于吸收入射太阳光子，通过光电效应产生光生载流子；势垒层采用禁带宽度大于吸收层材料的宽禁带半导体材料；所选用的吸收层材料和势垒层材料形成异质结，在异质结界面处吸收层和势垒层材料的导带能量差远小于价带能量差；吸收层和势垒层材料所形成的异质结界面具有较低的缺陷和失配，其界面处的复合速率较小；电极层均为金属层，能够与半导体材料形成低缺陷的异质结界面，同时其具有较低的串联电阻；