[发明专利]纳米光伏

说明书

技术领域 本发明涉及可再生能源技术、电学技术、纳米技术、光学技术和半导体物理技术等。

背景技术 以几何光学或波动光学为依据，是设计、分析光学系统和光电池特征的基础。

斯奈尔(W.Snell，1591-1626)定律：入射线、折射线和分界面的法线都位于同一个平面，界面两侧的物质a和物质b的入射角Φa和Φb的正弦之比是一个常数。该定律就是折射定律。

SinΦa/SinΦb＝常数                                  (1)

如果物质b为真空，则斯奈尔定律中的常数，称为物质a的折射率，用n_a表示。

斯奈尔定律还可以为：

n_aSinΦa＝n_bSinΦb                                   (2)

现有的透镜或者反射镜利用光的反射定律和折射定律，可以改变光的传播路径。光在不同的材料中传播时，其传播速度是不同的。若某种媒质材料的折射率为n，C是光在真空中的传播速度，则光在该介质内的传播速度为V＝C/n。玻璃的折射率n在1.46到1.96之间。

当光线通过任何光学媒质(除了真空外)时，光的能量部分被媒质吸收，而光的强度相应衰减。朗伯(Lambert)定律：当光通过厚度为dx的物质时，光强度I的减少量dI与初强度I和厚度dx成正比。即

dI＝-αIdx                                           (3)

光线在通过光学媒质时，还因为散射而衰减。可见光的散射与光的波长有关，一般随波长的减小而增加。可见光的波长在400nm-700nm(纳米)之间。

当光线从光密媒质射到光疏媒质时，如果入射角大于临界角时，光全部被反射回光密媒质中，这种现象称为全反射(Total Internal Reflection，TIR)。

当n_a＞n_b时，对于两种给定物质的临界角Φo为

SinΦo＝n_b/n_a                                        (4)

玻璃折射率的数值一般为1.5，则玻璃-空气界面的临界角为

SinΦo＝1/1.5＝0.67，                                (5)

Φo＝42°

全反射棱镜优点是：第一，入射光是在棱镜内全部反射的；第二，反射光不受棱镜表面沾污的影响。其缺点是：当光线进入棱镜和从棱镜出来时，一部分光线由于在棱镜表面上的反射而损失；但棱镜表面涂上一层“无反射”薄膜可以大大减少这种损失。

光纤(Optical Fiber)是光导纤维的简称。头发丝般粗细的光纤，是用玻璃或透明塑料作为芯线，裹以折射率比芯线折射率小的包层。

如果一束光线进入一根光纤的一端之内时被全反射；只要光纤的曲率不太大，光线可以传输到光纤的另一端。即光线在光纤内传输具有可弯曲的优点。

光纤线路不怕雷击，不易受潮，耐高温，抗腐蚀，工作稳定。其重量很轻，体积很小，节省大量材料。

平行于透镜主光轴的平行光束通过透镜之后，汇聚于焦点F处(图1)成为一个亮点；平行光斜入射(图1)透镜，经透镜折射之后汇聚于焦平面上G点。

凹面镜旋转抛物面可将平行光束反射，光线经镜面反射后汇聚形成一个炽热的光团。

单元素半导体材料是硅(Si)和鍺(Ge)，二元化合物半导体材料是磷化镓(GaP)和砷化镓(GaAs)等。三元化合物半导体材料是磷化砷镓(GaAs_1-XP)和砷化镓铝(AlGa₁₁As)等。

完全纯净的、结构完整、不含任何杂质和缺陷的半导体，称为本征半导体。用n_i表示本征载流子浓度。

每立方厘米半导体中的导帯电子数，称为导帯电子浓度，用n表示，单位为/cm³。

每立方厘米半导体中的价帯空穴数，称为价帯空穴浓度，用p表示，单位为/cm³。

半导体载流子浓度是随温度而改变的。当温度升高，热激发作用增强，使电子与空穴的产生率超过复合率；但电子和空穴的浓度增加到一定数值，它们的产生率与复合率又正好抵消，达到新的平衡。

半导体两种载流子的浓度乘积等于它的本征载流子浓度的平方。即