表面等离激元诱导太阳能光子增强热电子发电装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于太阳能光热发电技术领域，具体提供一种表面等离激元诱导太阳能光子增强热电子发电装置。本实用新型专利技术旨在解决现有光子增强热电子发电技术中的热电子激发效率较低，并且热电子发射极产生的自发热辐射容易影响电能转化率的问题。为此，本实用新型专利技术的光子增强热电子发电装置包括间隔设置的阴极和阳极，阴极包括彼此相连的吸收元件和发射元件，并且吸收元件上设置有第一表面等离激元微纳结构，第一表面等离激元微纳结构能够诱导激发出大量热电子，从而有效提高热电子的激发效率；发射元件上设置有第二表面等离激元微纳结构，第二表面等离激元微纳结构能够调谐阴极产生的热辐射的中心波长和带宽，以便对阴极的自发热辐射进行有效调节。

Surface plasmon induced solar photon enhanced hot electron generator

The utility model belongs to the technical field of solar energy photothermal power generation, in particular to a surface plasmon induced solar photon enhanced thermal electron generating device. The utility model is designed to solve the problem that the thermal electron excitation efficiency of the existing photon enhanced thermal electronic power generation technology is low, and the self heating radiation produced by the thermo electronic emitter is easy to affect the conversion rate of electric energy. For this purpose, the utility model has a photon enhanced thermal electronic power generation device including a spaced cathode and an anode, the cathode includes an absorbing element and a transmitting element connected to each other, and the absorption element is provided with a first surface, such as a excite micro nano structure, and the first surface and other excite micro nanostructures can induce a large number of thermal electrons. In order to effectively improve the excitation efficiency of the thermal electron, the emission element is set with a second surface plasmon micro nano structure, and the second surface plasmon micro nano structure can tune the central wavelength and bandwidth of the heat radiation produced by the cathode, so that the self heating radiation of the cathode can be effectively adjusted.

【技术实现步骤摘要】
表面等离激元诱导太阳能光子增强热电子发电装置
本技术属于太阳能光热发电
，具体提供一种表面等离激元诱导太阳能光子增强热电子发电装置。
技术介绍
随着科学技术的不断进步以及地球资源的不断消耗，人们开始热衷于研究各种可再生资源的利用方法；其中，太阳能作为地球上最充裕的碳中性可再生能源，一直以来都是可再生能源利用技术的研究重点。通常地，现有太阳能光热发电技术都是先通过集光器接收太阳辐射，然后再利用热电转化装置将太阳能转化为电能。同时，根据热电转换方式的不同，现有太阳能光热发电技术主要分为传统热力循环发电技术、温差发电技术以及热电子发电技术三种。进一步地，传统热力循环发电技术是通过将太阳能转化为机械能，再将机械能转化为电能来实现发电，其主要包括斯特林循环发电技术、朗肯循环发电技术和布雷顿循环发电技术三种发电方式。而热电子发电技术主要是通过太阳能激发出的电子作为能量传输介质来将太阳能转化为电能，热电子发电技术不仅具有良好的持续发电能力，并且其在发电过程中只需进行静态运动，因此，热电子发电技术无需运动部件即可实现发电。在热电子发电技术中，其电子产生方式主要包括热诱导热电子发射技术和光子增强热电子发射技术两种。具体地，热诱导热电子发射技术能够直接吸收聚焦的太阳辐射并将其转化为热能，使得阴极中的自由电子经热化逸出阴极表面并发射至真空中，最后克服空间电荷势垒被近邻的阳极接收，从而将太阳能转化为电能。光子增强热电子发射技术则是利用高能量光子激发出光生电子，同时，低能量光子能够被声子吸收为热量，从而使得太阳辐射能够得到全谱高效的利用。通常地，现有光子增强热电子发电技术都是通过光致直接激发的方式来产生热电子，激发效率较低；同时，由于热电子发射极(即阴极)具有较高的温度，从而产生大量的自发热辐射，这些热辐射被阳极大量吸收，使得阳极的温度急剧上升，进而对电能的转化效率造成极大程度的影响。相应地，本领域需要一种新的表面等离激元诱导太阳能光子增强热电子发电装置来解决上述问题。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有光子增强热电子发电技术中的热电子激发效率低，并且热电子发射极产生的自发热辐射很容易影响电能转化率的问题，本技术提供了一种表面等离激元诱导太阳能光子增强热电子发电装置，所述光子增强热电子发电装置包括热电子发电组件；其中，所述热电子发电组件包括间隔设置的阴极和阳极；所述阴极包括彼此相连的吸收元件和发射元件，并且所述吸收元件上设置有第一表面等离激元微纳结构，所述发射元件上设置有第二表面等离激元微纳结构。在上述表面等离激元诱导太阳能光子增强热电子发电装置的优选技术方案中，所述第一表面等离激元微纳结构设置在所述吸收元件的远离所述发射元件的一侧。在上述表面等离激元诱导太阳能光子增强热电子发电装置的优选技术方案中，所述第二表面等离激元微纳结构设置在所述发射元件的远离所述吸收元件的一侧。在上述表面等离激元诱导太阳能光子增强热电子发电装置的优选技术方案中，所述第一表面等离激元微纳结构由金制成和/或所述第二表面等离激元微纳结构由锗锑碲合金制成。在上述太阳表面等离激元诱导太阳能光子增强热电子发电装置的优选技术方案中，所述热电子发电组件还包括密封元件；所述密封元件用于密封连接所述阴极与所述阳极。在上述表面等离激元诱导太阳能光子增强热电子发电装置的优选技术方案中，所述热电子发电组件还包括相变吸热元件；所述相变吸热元件用于吸收所述热电子发电组件产生的热量。在上述表面等离激元诱导太阳能光子增强热电子发电装置的优选技术方案中，所述热电子发电组件还包括支撑元件；所述相变吸热元件通过所述支撑元件与所述阳极相连。在上述表面等离激元诱导太阳能光子增强热电子发电装置的优选技术方案中，所述光子增强热电子发电装置还包括热力循环发电组件；所述热力循环发电组件与所述相变吸热元件相连，并且所述热力循环发电组件能够将热能转化为电能；所述热力循环发电组件为斯特林循环发电机、布雷顿循环发电机和朗肯循环发电机中的至少一种。在上述表面等离激元诱导太阳能光子增强热电子发电装置的优选技术方案中，所述光子增强热电子发电装置还包括光伏发电组件；所述光伏发电组件与所述相变吸热元件相连，并且所述光伏发电组件能够将光能转化为电能。在上述表面等离激元诱导太阳能光子增强热电子发电装置的优选技术方案中，所述光子增强热电子发电装置还包括聚光组件；所述聚光组件能够将太阳辐射聚集至所述阴极；所述聚光组件为菲涅尔聚光器、槽式聚光器、碟式聚光器和塔式聚光器中的至少一种。本领域技术人员能够理解的是，在本技术的优选技术方案中，本技术的光子增强热电子发电装置包括热电子发电组件，所述热电子发电组件能够将太阳能转化为电能并输出；其中，所述热电子发电组件包括间隔设置的阴极和阳极，所述阴极包括彼此相连的吸收元件和发射元件，并且所述吸收元件上设置有第一表面等离激元微纳结构，所述第一表面等离激元微纳结构能够诱导激发出大量热电子，从而有效提高热电子的激发效率；所述发射元件上设置有第二表面等离激元微纳结构，所述第二表面等离激元微纳结构能够调谐阴极产生的热辐射的中心波长和带宽，以便对所述阴极的自发热辐射进行有效调节。附图说明图1是本技术的表面等离激元诱导太阳能光子增强热电子发电装置的优选实施例的结构示意图；图2是本技术的表面等离激元诱导太阳能光子增强热电子发电装置的阴极的截面放大图；图3是本技术的表面等离激元诱导太阳能光子增强热电子发电装置的阴极的能带示意图；图4是本技术的表面等离激元诱导太阳能光子增强热电子发电装置的热力循环发电组件为斯特林联合循环发电组件时的结构示意图；图5是本技术的表面等离激元诱导太阳能光子增强热电子发电装置的热力循环发电组件为朗肯联合循环发电组件时的结构示意图；图6是本技术的表面等离激元诱导太阳能光子增强热电子发电装置的热力循环发电组件为布雷顿联合循环发电组件时的结构示意图；图7是本技术的表面等离激元诱导太阳能光子增强热电子发电装置包括光伏发电组件时的结构示意图。附图说明：1、阴极；2、阳极；3、支撑元件；4、相变吸热元件；5、第一表面等离激元微纳结构；6、吸收元件；7、发射元件；8、第二表面等离激元微纳结构；9、电子；10、压缩腔；11、冷却器；12、回热器；13、膨胀腔；14、透平；15、发电机；16、冷凝器；17、泵；18、压缩机；19、再热器；20、光伏元件。具体实施方式下面参照附图来描述本技术的两种优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本技术的技术原理，并非旨在限制本技术的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。例如，尽管说明书中所述的表面等离激元诱导太阳能光子增强热电子发电装置的各个元件都具有预定的形状和结构，但是，这些元件显然还可以被设置成其他形状和结构，只要该元件能够完成预定功能即可。换言之，这种元件形状和结构的改变并不偏离本技术的基本原理，因此都将落入本技术的保护范围之内。需要说明的是，在本技术的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“内”、“外”等用于指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面等离激元诱导太阳能光子增强热电子发电装置，其特征在于，包括热电子发电组件；所述热电子发电组件包括间隔设置的阴极和阳极；所述阴极包括彼此相连的吸收元件和发射元件，并且所述吸收元件上设置有第一表面等离激元微纳结构，所述发射元件上设置有第二表面等离激元微纳结构。

【技术特征摘要】
1.一种表面等离激元诱导太阳能光子增强热电子发电装置，其特征在于，包括热电子发电组件；所述热电子发电组件包括间隔设置的阴极和阳极；所述阴极包括彼此相连的吸收元件和发射元件，并且所述吸收元件上设置有第一表面等离激元微纳结构，所述发射元件上设置有第二表面等离激元微纳结构。2.根据权利要求1所述的表面等离激元诱导太阳能光子增强热电子发电装置，其特征在于，所述第一表面等离激元微纳结构设置在所述吸收元件的远离所述发射元件的一侧。3.根据权利要求1所述的表面等离激元诱导太阳能光子增强热电子发电装置，其特征在于，所述第二表面等离激元微纳结构设置在所述发射元件的远离所述吸收元件的一侧。4.根据权利要求1所述的表面等离激元诱导太阳能光子增强热电子发电装置，其特征在于，所述第一表面等离激元微纳结构由金制成和/或所述第二表面等离激元微纳结构由锗锑碲合金制成。5.根据权利要求1-4中任一项所述的表面等离激元诱导太阳能光子增强热电子发电装置，其特征在于，所述热电子发电组件还包括密封元件，所述密封元件用于密封连接所述阴极与所述阳极。6.根据权利要求5所述的表面等离激元诱导太阳能光子增强热电子发电装置，其特征在于，所述热电子...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖刚，郑光华，倪明江，骆仲泱，岑可法，程乐鸣，高翔，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33