[发明专利]具有光冷/光热转换功能的半导体元器件

说明书

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，尤其涉及一种具有光冷/光热转换功能的半导体元器件。

 

背景技术

随着全球经济的不断发展，对环境的破坏也日益严重。环境保护是目前世界各国面临的重要课题之一。采用清洁能源代替传统能源，可以改善居住环境，提高环境质量，是一项重要的环保措施。太阳能电池直接利用光能转化成电能，在能量转化的过程中不产生污染物，是一种新型的清洁能源。并且太阳能取之不尽、用之不竭，因而成为目前新能源领域研究的热点。

太阳能电池是一种通过光生伏特效应直接把光能转化成电能的装置，其将高纯度的半导体材料加入一些杂质使其呈现不同的性质，如加入硼可形成P型半导体，加入磷可形成N型半导体，PN两型态的半导体结合后，当太阳光入射时，会产生电子与空穴，光子将能量传递给电子使其运动从而形成电流。在众多太阳光电池中较普遍且较实用的有单晶硅太阳光电池、多晶硅太阳光电池及非晶硅太阳光电池等三种太阳光电池。

太阳能电池的应用非常广泛，其中典型的应用是利用太阳能电池来制热或制冷。目前，在制热方面，利用太阳能转化为热能最直接的方式是太阳能热水器。然而利用太阳能电池来制冷就比较复杂，其具体过程为：首先太阳能电池将太阳能转化为直流电；然后将直流电进行升压，转化为交流电；接着交流电驱动制冷压缩机，达到制冷效果。

由以上可知，目前利用太阳能电池来制热或制冷存在以下不足：

1）制热或制冷通常需采用单独的两套装置来进行，不能使用同一装置来实现制热或制冷；

2）在制冷时由于存在多个能量转化过程：太阳能先转化为直流电，直流电再转化为交流电，交流电再驱动制冷压缩机制冷；因而能量转化的效率低。

因此，有必要对现有的太阳能制冷/制热装置进行改进。

 

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有光冷/光热转换功能的半导体元器件，以提高利用太阳能电池进行制冷/制热装置的能量转化效率。

本发明的又一目的在于提供一种具有光冷/光热转换功能的半导体元器件，使其既能制冷又能制热，从而使用方便。

为了实现上述目的，本发明提供一种具有光冷/光热转换功能的半导体元器件，包括从上至下依次排列的具有光伏效应的太阳能电池层、第一导热绝缘层、第一导电导热层、具有帕尔贴效应的P N结层、第二导电导热层、第二导热绝缘层以及散热片；其中：

所述太阳能电池层将太阳能转化成电能，其具有阳极及阴极；

所述第一导热绝缘层使所述太阳能电池层与所述第一导电导热层之间电绝缘，但热传导；

所述第一导电导热层将所述具有帕尔贴效应的PN结层产生的冷或热进行传递，且所述第一导电导热层包括多个第一导电导热单元；

所述具有帕尔贴效应的P N结层包括多个PN结，每个PN结与一个第一导电导热单元对应，每个PN结包括P型半导体和N型半导体，所述P型半导体和所述N型半导体通过与其对应的第一导电导热单元相连，形成PN结；

所述第二导电导热层将所述具有帕尔贴效应的PN结层产生的热或冷进行传递，且所述第二导电导热层包括多个第二导电导热单元；所述多个PN结中的第一个PN结的P型半导体通过一个第二导电导热单元引出，形成所述具有帕尔贴效应的P N结层的阳极；所述多个PN结中的最后一个PN结的N型半导体通过一个第二导电导热单元引出，形成所述具有帕尔贴效应的PN结层的阴极；且所述多个PN结之间依次通过对应的第二导电导热单元串联连接；

所述第二导热绝缘层使所述第二导电导热层与所述散热片之间电绝缘，但热传导；

所述散热片将所述第二导热绝缘层传导的热或冷进行传递；

当所述太阳能电池层的阳极和阴极分别与所述具有帕尔贴效应的PN结层的阳极和阴极相连时，所述第二导电导热层吸收热量制冷，所述第一导电导热层释放热量制热；反之，所述第二导电导热层释放热量制热，所述第一导电导热层吸收热量制冷。

较佳地，所述太阳能电池层的阳极和阴极分别引出接线端子，所述具有帕尔贴效应的PN结层的阳极和阴极分别引出接线端子，所述太阳能电池层的阳极和阴极的接线端子通过一冷热切换开关控制，使其分别与所述具有帕尔贴效应的PN结层的阳极和阴极的接线端子相连或分别与所述具有帕尔贴效应的PN结层的阴极和阳极的接线端子相连。

在一些实施例中，所述太阳能电池为晶硅太阳能电池或非晶硅太阳能电池或异致结太阳能电池或III-V族元素的太阳能电池。

所述非晶硅太阳能电池为薄膜太阳能电池或柔性太阳能电池。