[发明专利]一种半导体光电电能转换系统

说明书

技术领域

本发明涉及变电配电技术及电子元器件领域，特别涉及一种半导体光电电能转换系统。背景技术

在电力与电子系统中，电能转换依靠变流与变压来实现，该过程是常见且重要的环节，其中交流/交流变压、交流/直流变流变压、直流/交流变流变压、直流/直流变压都有很广泛的应用。

现有技术中，交流/交流变压通常采用电磁场作为能量传输介质，利用电磁感应原理通过不同匝数的输入输出线圈之间的耦合实现变压；交流/直流变流变压则采用二极管构成的整流桥电路来实现；直流/直流变压通过功率半导体器件与驱动电路、储能用的电感或电容等器件构成的变换器来实现；直流/交流变流变压则通过功率半导体器件与驱动电路、滤波电路来实现。以上方案中，均存在以下缺点：所需的装置复杂，元件众多，体积较大，相位难同步，有电磁辐射，有一定能量损失，不能耐高压、稳定性较差等。为此，开发一种能够电能转换的器件和系统，以及相对应的封装形式具有非常重要的价值。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的一个目的在于提出一种结构简单、电压和功率可灵活扩展的半导体光电电能转换系统。

根据本发明实施例的半导体光电电能转换系统，包括：基板；多个光电电能转换模块，所述多个光电电能转换模块之间相互串联和/或并联，以实现电压和/或功率的扩展，其中，所述光电电能转换模块进一步包括：隔离层，所述隔离层对所述光电电能转换模块的工作光线透明；形成在所述隔离层之上的一个或多个的电光转换结构，用于将输入电能转换为所述工作光线发射；和形成在所述隔离层之上的一个或多个的光电转换结构，用于将所述工作光线转换为输出电能。在本发明的一个实施例中，其中，所述光电转换结构的吸收光谱与所述电光转换结构发射光谱之间频谱匹配。

在本发明的一个实施例中，所述光电电能转换模块为DC(直流)-DC型光电电能转换模块、AC(交流)-AC型光电电能转换模块、AC-DC型光电电能转换模块或DC-AC型光电电能转换模块。

在本发明的一个实施例中，所述光电电能转换模块中，所述电光转换结构包括发光二极管、谐振发光二极管、激光二极管、量子点发光器件或有机发光器件。

在本发明的一个实施例中，所述光电电能转换模块中，所述光电转换结构包括半导体光伏电池、量子点光伏电池或有机材料光伏电池。

在本发明的一个实施例中，所述光电电能转换模块中，所述隔离层为绝缘材料，所述电光转换结构、所述电光转换结构之间通过材料本身的绝缘特性进行隔离；或者，所述隔离层为半导体材料，所述电光转换结构与所述隔离层之间、所述光电转换结构与所述隔离层之间通过反偏PN结结构进行隔离。

在本发明的一个实施例中，所述光电电能转换模块为扁平形状器件，并且所述光电电能转换模块的输入端和输出端呈对角线交叉分布。

在本发明的一个实施例中，所述半导体光电电能转换系统还包括：调节模块，所述调节模块与所述多个光电电能转换模块的总输入端和总输出端相连，用于通过监测所述总输出端的工作参数，反馈调节所述总输入端的工作参数。

在本发明的一个实施例中，所述光电电能转换模块中，光线传播路径上的各层材料的折射系数匹配。

在本发明的一个实施例中，所述光电电能转换模块中，还包括光学陷阱，所述光学陷阱用于将光线限制在所述光电电能转换模块内部。

根据本发明实施例的半导体光电电能转换系统至少具有如下优点：

(1)该系统包括多个光电电能转换模块，每个模块不仅可以自身实现DC-DC电能转换，还可以实现DC-AC、AC-DC或AC-AC电能转换，并通过灵活串并联连接以实现功率和/或电压扩展。

(2)该系统中的光电电能转换模块和基板都为扁平形状，比表面积大，利于散热。

(3)该系统采用对角线电极分布封装，连线之间简洁美观不交叉，为组装工作带来便利，同时可以降低相邻光电电能转换模块之间的电压差，增大电极之间的绝缘距离，从而提高绝缘特性，能有效防止击穿。

(4)该系统的输入电路提供一个固定的输入电压后，在输出电路上可设多个抽头，同时输出不同的电压，满足不同使用需求。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：