一种太阳能发电单元的接收天线制造技术

本实用新型专利技术涉及太阳能接收天线技术，具体涉及一种太阳能发电单元的接收天线，包括太阳能光电发电阵列，太阳能光电发电阵列包括若干太阳能光电转化单元先并联后串联，太阳能光电转化单元包括超宽带树状分形天线单元、桥式整流电路和输出电极；桥式整流电路包括四个MIM隧穿二极管，四个MIM隧穿二极管连接在偶极超宽带树状分形天线的输出端上。接收天线频带宽，频率涵盖了绝大部分太阳能光波段，极大地提高了太阳能利用率和转化效率。此外，该天线的原材料不仅容易获取，对纯度要求比较低，而且价格低廉，加工制造工艺比较简单，易于大规模生产，光电转化效率高于光伏发电，因此可用于太阳能大规模高效发电，具有广阔的商业推广价值。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能发电单元的接收天线
本技术属于太阳能接收天线
，尤其涉及一种太阳能发电单元的接收天线。
技术介绍
目前，广泛使用的太阳能光伏发电方法，主要是基于光的粒子特性，通过太阳光粒子“撞击”半导体材料使其中正负电荷分离从而实现光电转换。理论研究表明，受半导体材料禁带宽度的限制，基于这种“撞击”效应的太阳能发电方法，其光电转化效率较低，在不聚光的情况下，单节电池理论效率存在31％的理论上限，多节电池理论上限为55％，而且对半导体材料要求高，用电成本高于火力发电等方式，甚至难以广泛普及。理论和实验研究表明，光不仅具有粒子特性，而且像普通无线电波一样具有波动特性，频谱跨越紫外、可见光和红外。由于接收天线可以实现电磁波接收并将之高效转化成电流能量，因此，根据接收天线原理，可以利用光的电磁波特性，通过设计一种光接收天线，将太阳光能高效转化成电能，从而实现太阳能高效发电。关于太阳能天线发电设想，早在上世纪七十年代就有人提出一些思想，但直至目前为止，国内外至今还没有出现实用的天线太阳能发电装置。主要原因是能量传输损耗大、高效整流和纳米尺度加工工艺技术等问题一直未能有效解决。不过，近年来一系列实验进展证实了天线太阳能发电的可行性。就目前科技发展趋势看，随着技术的进步和纳米纳米加工工艺技术的发展，以及人们对天线太阳能吸收和转化机理的不断深入认识，基于天线接收的太阳能高效转化的方法变成现实指日可待。
技术实现思路
本技术的第一个目的是提供一种频率覆盖范围宽，光电平均转化效率高的接收天线，太阳能利用率高。第二个目的是提供避免了因光频电流趋肤效应等因素造成的巨大能量损失的一体化天线。第三个目的是提供一种制造工艺简单易于规模化生产的天线结构。为实现上述第一个目的，本技术采用的技术方案是，一种太阳能发电单元的接收天线，包括太阳能光电发电阵列，太阳能光电发电阵列包括若干太阳能光电转化单元先并联后串联，太阳能光电转化单元包括超宽带树状分形天线单元、桥式整流电路和输出电极；桥式整流电路包括四个MIM隧穿二极管，四个MIM隧穿二极管连接在偶极超宽带树状分形天线的输出端上。在上述的太阳能发电单元的接收天线中，太阳能光电转化单元每个臂长度为150～300nm，两臂之间的间距为10nm，厚度为50nm。在上述的太阳能发电单元的接收天线中，超宽带树状分形天线单元包括偶极超宽带树状分形天线，每个超宽带树状分形天线的内侧分别接有MIM隧穿二极管，MIM隧穿二极管绝缘层厚度小于5nm，隧穿二极管金属层与绝缘层的接触面积不超过200nm2。为实现上述第二个目的，本技术采用的技术方案是，一种偶极超宽带树状分形天线与MIM隧穿二极管一体化的天线，每个超宽带树状分形天线上表面覆盖有一层绝缘层，内侧在覆盖绝缘层的基础上再覆盖一层金属薄膜，且每个超宽带树状分形天线内侧覆盖的金属薄膜不同，分别采用金属材料M1和M2，该金属薄膜向外延伸连接成并联阵列；超宽带树状分形天线的金属材料为M3；金属材料M1、M2和M3的功函数W(M1)、W(M2)和W(M3)，并满足W(M1)>W(M3)>W(M2)或者W(M2)>W(M3)>W(M1)关系，以保障每个MIM隧穿二极管的非对称、非线性和高灵敏度的电学特性。在上述的偶极超宽带树状分形天线与MIM隧穿二极管一体化的天线中，绝缘层厚度不超过5nm，超宽带树状分形天线覆盖向外延伸的金属薄膜覆盖面积小于200nm2，金属膜的厚度为50nm。在上述的偶极超宽带树状分形天线与MIM隧穿二极管一体化的天线中，绝缘层为三氧化二铝或二氧化硅薄膜，金属材料M3为铜，金属材料M2为铝，金属材料M1为金。为实现上述第三个目的，本技术采用的技术方案是，一种超宽带树状分形天线结构，包括三阶次迭代树状分形结构图形单元、图形单元、图形单元和图形单元；其中，图形单元为在半径为r的圆周上作正八边形，分别取正八边形的八个边上的中点，根据正八边形和八个边上的中点构成底边为d、底角相连的八个等边三角形基本图形单元；图形单元为图形单元按比例缩小嵌入其中；图形单元为图形单元按比例缩小嵌入其中；图形单元为图形单元按比例缩小嵌入其中。在上述的超宽带树状分形天线结构中，圆半径r与正八边形底边长d的关系为本技术的有益效果是：由于偶极超宽带树状分形天线和整流二极管进行了一体化设计，避免了因光频电流趋肤效应等因素造成的巨大能量损失，极大提高了光电转化效率，而且由于接收天线频带宽，频率涵盖了绝大部分太阳能光波段，极大地提高了太阳能利用率。此外，该天线的原材料不仅容易获取，对纯度要求比较低，而且价格低廉，加工制造工艺比较简单，易于大规模生产，光电转化效率高于光伏发电，因此可用于太阳能大规模高效发电，具有广阔的商业推广价值。附图说明图1本技术一个实施例太阳能光电转化单元结构示意图；图2本技术一个实施例太阳能光电发电阵列结构示意图；图3本技术一个实施例超宽带树状分形天线设计流程图；图3-1为本技术一个实施例超宽带树状分形天线基本图形单元图3-2为本技术一个实施例超宽带树状分形天线图形单元图3-3为本技术一个实施例超宽带树状分形天线图形单元图3-4为本技术一个实施例超宽带树状分形天线图形单元图3-5为本技术一个实施例超宽带树状分形天线图形单元其中，1-超宽带树状分形天线，2-电极，3-隧穿MIM二极管，4-并联电极，5-串联电极。具体实施方式下面结合附图对本技术的实施方式进行详细描述。本实施例利用现代天线原理，给出超宽带树状分形天线太阳能高效发电单元，实现了天线整流一体化，有效地避免了光频电流的趋肤效应损耗，极大提高了光电转化效率。理论分析表明，本实施例天线光电转化效率可达70％以上。一种太阳能发电单元的接收天线，包括太阳能光电发电阵列，太阳能光电发电阵列包括若干太阳能光电转化单元先并联后串联，太阳能光电转化单元包括超宽带树状分形天线单元、桥式整流电路和输出电极；桥式整流电路包括四个MIM隧穿二极管，四个MIM隧穿二极管连接在偶极超宽带树状分形天线的输出端上。超宽带树状分形天线单元优选偶极超宽带树状分形天线，天线每个臂长度为150～300nm，天线两臂之间的间距约为10nm，天线的到厚度约为50nm。偶极超宽带树状分形天线的每个天线臂内侧分别接有MIM隧穿二极管，MIM隧穿二极管绝缘层厚度小于5nm，MIM隧穿二极管金属层与绝缘层的接触面积不超过200nm2。如果将每个超宽带树状分形天线作为相应的MIM隧穿二极管的一部分，可以大大简化加工生产难度。一种基于偶极超宽带树状分形天线与MIM隧穿二极管一体化的天线，每个超宽带树状分形天线上表面覆盖有一层三氧化二铝或二氧化硅绝缘层，绝缘层厚度不超过5nm。天线两臂覆盖向外延伸的金属薄膜覆盖面积小于200nm2，金属膜的厚度约为50nm。由此，金属薄膜、超宽带树状分形天线内侧部分以及二者之间的绝缘层构成了金属1-绝缘层-金属2MIM隧穿二极管。其中，超宽带树状分形天线的内侧在两侧覆盖不同的金属薄膜，两侧金属薄膜材料分别采用M1和M2，超宽带树状分形天线金属材料为M3；金属材料M1、M2和M3的功函数W(M1)、W(M2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳能发电单元的接收天线，其特征是，包括太阳能光电发电阵列，太阳能光电发电阵列包括若干太阳能光电转化单元先并联后串联，太阳能光电转化单元包括超宽带树状分形天线单元、桥式整流电路和输出电极；桥式整流电路包括四个MIM隧穿二极管，四个MIM隧穿二极管连接在偶极超宽带树状分形天线的输出端上。

【技术特征摘要】
1.一种太阳能发电单元的接收天线，其特征是，包括太阳能光电发电阵列，太阳能光电发电阵列包括若干太阳能光电转化单元先并联后串联，太阳能光电转化单元包括超宽带树状分形天线单元、桥式整流电路和输出电极；桥式整流电路包括四个MIM隧穿二极管，四个MIM隧穿二极管连接在偶极超宽带树状分形天线的输出端上。2.如权利要求1所述的太阳能发电单元的接收天线，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：高火涛，高可至，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：新型
国别省市：湖北,42