一种光电转换器及其转换方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种光电转换器及其转换方法，其中，所述光电转换器包括：阴极基板、阳极基板和直立碳纳米管薄膜；其中，所述直立碳纳米管薄膜上的各个碳纳米管与所述阴极基板垂直连接且各个碳纳米管之间平行排布；直立碳纳米管薄膜，用于吸收不同波长的入射光束的能量，在所述入射光束的作用下激发出负电荷；所述阳极基板，用于接收所述直立碳纳米管薄膜激发出的负电荷，在与所述阴极基板相对的表面形成负电势；所述阴极基板，用于接收所述直立碳纳米管薄膜激发出所述负电荷后留下的正电荷，在与所述阳极基板相对的表面形成正电势。本发明专利技术实施例提供的技术方案可提高光电转换的效率。

A photoelectric converter and its conversion method

The embodiment of the invention discloses a photoelectric converter and method thereof, wherein, the photoelectric converter includes: a substrate, cathode and anode substrate aligned carbon nanotubes film; wherein, between the carbon nanotube films and aligned carbon nanotubes on the cathode substrate is vertically connected and each parallel arranged carbon nanotubes; aligned carbon nanotubes the film, for the absorption of incident light beams of different wavelengths of excitation energy, negative charge in the incident beam under the action of the anode substrate; negative charge, for receiving the vertical carbon nanotube films inspire, forming a negative potential in the surface of the cathode substrate relative; the cathode substrate is used in the the charge left receives the vertical carbon nanotube films excited by the negative charge, the potential is formed with the anode substrate relative to the surface. The technical scheme provided by the embodiment of the invention can improve the efficiency of the photoelectric conversion.

【技术实现步骤摘要】
一种光电转换器及其转换方法
本专利技术实施例涉及光电能量转化
，尤其涉及一种光电转换器及其转换方法。
技术介绍
随着社会的发展，人类对能源的需要不断增长，而传统资源的枯竭且引发的环境问题日益严重，使得寻求可持续的清洁能源是当前全球发展中的一个重要问题。而自然界的太阳能量是解决当前人类发展中面临能源问题的有效办法之一。现有技术中，将太阳能的光电转化技术主要有以下两种：方案一，光伏发电过程中主要是利用半导体界面的光生伏特效应将光能直接转变为电能的一种技术，半导体PN结处于平衡状态时，在P区和N区的交界处存在一个内建反向电场，当入射太阳光的能量大于电池材料的能量带隙，使得电池材料中的价带电子吸收能量发生跃迁，使得在价带中出现空穴，光生电子和空穴在内建电场的作用下分别向N区和P区做反向运动，使得在两端造成电势差，由此产生电子-空穴对，但在很短的时间内电子和空穴容易发生复合，因此大大制约了光能转化成电能的效率。方案二，光热发电技术中，主要是利用聚光系统将太阳能收集到内部的传热媒介内，利用高温蒸汽驱动汽轮机组发电或利用温差电动势效应得到电能。由于需要将太阳能传递到传热媒介内，导致减少部分光能，进而降低光能转化成电能的效率。然而现有技术方案存在以下不足：(1)、方案一制备的PN结在发电过程中存在光生电子和空穴的复合问题，降低光电转换的效率。(2)、方案二光热发电过程中需要向传热媒介传输热量，降低光电转换的效率。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种光电转换器及其转换方法，能够提高光电转换效率。第一方面，本专利技术实施例提供了一种光电转换器，所述光电转换器包括：阴极基板、阳极基板和直立碳纳米管薄膜；其中，所述直立碳纳米管薄膜上的各个碳纳米管与所述阴极基板垂直连接且各个碳纳米管之间平行排布；直立碳纳米管薄膜，用于吸收不同波长的入射光束的能量，在所述入射光束的作用下激发出负电荷；所述阳极基板，用于接收所述直立碳纳米管薄膜激发出的所述负电荷，在与所述阴极基板相对的表面形成负电势；所述阴极基板，用于接收所述直立碳纳米管薄膜激发出所述负电荷后留下的正电荷，在与所述阳极基板相对的表面形成正电势。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种光电转换方法，所述方法包括：直立碳纳米管薄膜吸收不同波长的入射光束的能量，在所述入射光束的作用下激发出负电荷；阳极基板接收所述直立碳纳米管薄膜激发出的所述负电荷，在与阴极基板相对的表面形成负电势；所述阴极基板接收所述直立碳纳米管薄膜激发出所述负电荷后留下的正电荷，在与所述阳极基板相对的表面形成正电势；其中，所述直立碳纳米管薄膜上的各个碳纳米管与所述阴极基板垂直连接且各个碳纳米管之间平行排布。本专利技术实施例通过利用直立碳纳米管薄膜可以对入射光束进行高效率的吸收，由于制备的碳纳米管密度较高，较容易被加热到高温发射负电荷，阳极基板接收到负电荷后与阴极基板之间产生电势差，从而驱动负载工作，实现光电能量的转换过程；其中电子激发的过程中只涉及到负电荷的发射，正电荷传递到阴极基板，负电荷发射过程中不会产生正、负电荷复合及载流子平衡等问题，而且在光电转换过程中，避免光能传递给热媒介，使得均提高了光电转换的效率。附图说明图1是本专利技术实施例一提供的光电转换器的第一结构示意图；图2是本专利技术实施例一提供的碳纳米管与阴极基板垂直连接的结构示意图；图3是本专利技术实施例二提供的光电转换器的第二结构示意图；图4是本专利技术实施例三提供的光电转换器的第三结构示意图；图5是本专利技术实施例四提供的光电转换器的第四结构示意图；图6是本专利技术实施例五提供的光电转换方法的流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。实施例一图1是本专利技术实施例一提供的光电转换器的第一结构示意图，本专利技术实施例可适用于真空环境或非真空环境中光电转换的情况，真空环境包括真空腔和外太空，其中当阳极基板与碳纳米管之间的距离小于100nm而并不短路的情况下，可不设置真空腔(非真空)。其中光电转换的可以为自然光(太阳光)的能量，也可以来转换高能量密度的激光束。如图1所示，该光电转换器的具体结构包括如下：阴极基板1、阳极基板3和直立碳纳米管薄膜；其中，直立碳纳米管薄膜上的各个碳纳米管2与阴极基板1垂直连接且各个碳纳米管2之间平行排布；直立碳纳米管薄膜，用于吸收不同波长的入射光束的能量，在入射光束的作用下激发出负电荷4，碳纳米管2具有近似黑体的光吸收特性，是目前光吸收率最高的材料；在阴极基板1上制备致密的碳纳米管2很容易吸收热量升温到1000℃，实现负电荷4(电子)的激发，在碳纳米管2表面或内部形成正电荷(空穴)；阳极基板3，用于接收直立碳纳米管薄膜激发出的负电荷4，在与阴极基板1相对的表面形成负电势；阴极基板1，用于接收直立碳纳米管薄膜激发出负电荷后留下的正电荷，在与阳极基板3相对的表面形成正电势，使得阴极基板1和阳极基板3之间形成正电势和负电势的电势差，形成的电势差可以驱动负载5工作。本专利技术实施例提供的技术方案，通过利用碳纳米管接近黑体的光吸收特性，可以对入射光进行高效率的吸收，由于制备的直立碳纳米管薄膜密度较高，容易被加热到高温实现电子的发射，阳极基板接收到负电荷后与阴极基板之间产生电势差形成电流，从而驱动负载工作，实现光电能量的转换；其中电子激发的过程中只涉及到负电荷发射到阳极基板，无正电荷参与，可解决传统PN结电池发电过程中正、负电荷复合及载流子平衡等问题；而且在光电转换过程中，避免光能向传热媒介传输热量，上述过程均提高了光电转换的效率；同时光电转换器及转换方法具有较高的环境适应性。其中，光电转换的过程发生在真空环境中，所需的真空环境是为了排除空气中的气体分子阻挡对负电荷(电子)发射过程，真空环境包括设置真空腔体和外太空环境。真空腔体可以为玻璃封装、金属封装、陶瓷封装或上述材质的复合封装结构，其中真空腔体的适当位置开设有高通透的光学窗口，可以保证入射光束的低损耗传输，光学窗口材料可以选取玻璃、石英、蓝宝石和金刚石等，同时真空腔体为了保持内部的高真空度可以增加适量的吸气剂等。图2是本专利技术实施例一提供的碳纳米管与阴极基板垂直连接的结构示意图，如图2所示，碳纳米管2可以采用化学气相沉积法、电弧放电法或微波等离子法等技术制备。其中生长的碳纳米管2形状包括矩形、圆形、椭圆形或阵列等图案。可选地，以金属钼作为碳纳米管2的生长基底，其中生长基底可作为光电转换器的阴极基板1，并对钼片进行预处理，采用电子束蒸发技术向钼片表面沉积碳纳米管生长催化剂，在通过化学气相沉积技术(MOCVD)生长直立的碳纳米管2。将沉积有碳纳米管生长催化剂的生长基底放入生长设备后，首先通入200-700sccm的氢气作为还原性气体，然后将生长设备快速升温到500-750℃，在通入20-100sccm的乙炔气体后保持10-30min的生长时间，将生长设备冷却降温后得到在金属钼基底表面直立生长的碳纳米管2，其中碳纳米管2的直径为0.1-50nm。可选地，阳极基板包括：面状透明阳极基板、开孔透明阳极基板、面状不透明阳极基板或者开孔不透明阳极基板；阴极基板本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电转换器，其特征在于，包括：阴极基板、阳极基板和直立碳纳米管薄膜；其中，所述直立碳纳米管薄膜上的各个碳纳米管与所述阴极基板垂直连接且各个碳纳米管之间平行排布；直立碳纳米管薄膜，用于吸收不同波长的入射光束的能量，在所述入射光束的作用下激发出负电荷；所述阳极基板，用于接收所述直立碳纳米管薄膜激发出的所述负电荷，在与所述阴极基板相对的表面形成负电势；所述阴极基板，用于接收所述直立碳纳米管薄膜激发出所述负电荷后留下的正电荷，在与所述阳极基板相对的表面形成正电势。

【技术特征摘要】
1.一种光电转换器，其特征在于，包括：阴极基板、阳极基板和直立碳纳米管薄膜；其中，所述直立碳纳米管薄膜上的各个碳纳米管与所述阴极基板垂直连接且各个碳纳米管之间平行排布；直立碳纳米管薄膜，用于吸收不同波长的入射光束的能量，在所述入射光束的作用下激发出负电荷；所述阳极基板，用于接收所述直立碳纳米管薄膜激发出的所述负电荷，在与所述阴极基板相对的表面形成负电势；所述阴极基板，用于接收所述直立碳纳米管薄膜激发出所述负电荷后留下的正电荷，在与所述阳极基板相对的表面形成正电势。2.根据权利要求1所述的光电转换器，其特征在于，所述阳极基板包括：面状透明阳极基板、开孔透明阳极基板、面状不透明阳极基板或者开孔不透明阳极基板；所述阴极基板包括：面状透明阴极基板或者面状不透明阴极基板。3.根据权利要求2所述的光电转换器，其特征在于，所述直立碳纳米管薄膜吸收通过光线汇聚系统汇聚后形成的所述入射光束，在所述入射光束的作用下激发出所述负电荷；其中，所述入射光束从所述面状透明阴极基板透过。4.根据权利要求2所述的光电转换器，其特征在于，所述直立碳纳米管薄膜吸收通过光线汇聚系统汇聚后形成的所述入射光束，在所述入射光束的作用下激发出所述负电荷；其中，所述入射光束从所述开孔不透明阳极基板的开孔处穿过。5.根据权利要求2所述的光电转换器，其特征在于，所述直立碳纳米管薄膜接收发光器件产生的所述入射光束，在所述入射光束的作用下激发出所述负电荷；其中，所述入射...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴庆，李振军，李驰，白冰，陈科，周圣涵，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京,11