一种接收入射辐射并将其转换为直流电流的装置，包括一个透明导体，至少一个点接触二极管，这个／些二极管包括提供接收天线功能和整流功能的纳米线／ｍＣＮＴ；一个位于透明导体和纳米线／ｍＣＮＴ之间的绝缘薄层；一个位于纳米线／ｍＣＮＴ和绝缘层连接点的点接触节点。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术为接受入射辐射并将其转换为直流电流的太阳能电池装置。
技术介绍
太阳能是一种充足的可再生能源。据估计，太阳投射到地球的能量超过12000万 亿瓦(TW)，相较于全世界范围内所消耗的13万亿瓦的能量来说，这个数字是巨大的。所以， 即使将0. 的太阳光线转换成有用的电，就能最终满足全世界能量消耗的要求。接收、储存太阳辐射并将其转换为可用能量的方法有多种。太阳能电池是将太阳 光直接转换为电能的一种方法。目前已经开发出多种材料和技术，这些技术将单晶体、多晶 体、非晶体，纳米结构的有机和无机材料用于太阳能电池。最近，多节点电池、量子点、染料 敏化光伏材料在太阳能电池界受到关注。但是，一般认为这些太阳能电池转换效益较低。尽 管有报告说某些尚处于实验阶段的装置其转换效益高达40%或更多(例如太阳能利用及 其基本研究需求的基础能源科学研讨会的研究报告。该研讨会于四月18到21日期间在马 里兰的Bethesda举行，由美国能源部的科学办公室赞助。)，但是以砷化镓制作的太阳能电 池其转换效益大约为25-30%。简而言之，一个太阳能电池包括一个捕获或日吸收太阳辐射的“天线”以及将捕获 的波(光子)转换成直流电流输出的整流元件。基于半导体的光伏太阳能电池，其输出的直流电高度依赖于所使用材料(即带隙 和电阻)，捕获并转换的太阳能理论上的最高效益也只有41%。太阳能电池的这种理论上 的限制是因为(1)能量少于带隙的入射光无法吸收；(2)能量等于或大于带隙的入射光，只 有和带隙等量的能量可被有效转换成有用的直流电。虽然有可能通过使用多节点太阳能电 池增加最大转换效益，但是其复杂程度和代价也随之增加。因此，我们需要一种改进的光电转换装置，具备更高的的转换效益因而更具有商 业可行性；尤其需要一种最大理论采集效益不依赖于太阳能电池中采集器的带隙能、也就 是入射光子能或波长的太阳能转换装置。整流天线是一种包括接收天线和整流二极管的装置。微波研究界已经探讨过整流 天线在电的传输和侦测方面的用途。其应用包括长距离电能输送，信号侦测，和无线控制系 统。微波研究界有人相信Raytheon公司的Brown在1977年使用整流天线元件获得了最大 转换效益。采用砷化镓肖特基势垒二极管，8瓦的微波电能输出达到了 90. 6%的转换效益。 但是一般相信80%左右的转换效益更为普遍。整流天线接收最好是可以自动调节的。也就是说，光学整流天线应该是对较短波 长的直接延伸。由美国能源部和高级国防研究项目管理署资助的ITN能源系统公司最近在 这个领域开展了一些工作。据称ITN能源系统公司整流天线展示了这些微小规模乃至纳米 规模的整流天线设备可以将模拟的太阳辐射转换成直流电源。ITN能源系统公司声称使用 改进的金属绝缘体金属二极管的整流天线设备预期“可产生高得多的效率(大于85% ) ”。 即使还没有经过试验结果证实，但是根据微波领域成果推论，ITN估计在太阳光谱区域操作的设备，有可能将85%以上的太阳能转换成可用能源；相较之下，目前使用基于标准半导 体的光电系统比如砷化镓(G^a)只有10%到30%的效益。然而，在前述研究中，在光学频率区域的可用能源转换可能会受到平板二极管的 低频反应限制(特别是ITN设备的二极管为100平方纳米)。由于平板金属绝缘体金属二 极管的反应受频率限制，先前利用标准双元件整流天线开发太阳能电池的努力只取得了有 限的成功。人们相信，平板金属绝缘体金属二极管(受到寄生电容效应的限制)频率反应问 题可以通过使用点接触的纳米线或金属碳纳米管(mCNTs)得到克服，其中每一个纳米线或 纳米管都充当一个天线和整流器。点接触装置(例如晶须二极管)可用来测量直至可见光 谱的绿色部分的绝对激光频率，并且已经显示可达飞秒级的反应时间，这比传统的金属绝 缘体金属二极管要快多个数量级。晶须是尺寸为亚米级、有一个锐边的金属线。Hung Quang Nguyen曾通过改变经过激光照射的扫描隧道显微镜节点的间距而测 量到节点的频率反应。结果显示，一旦超过1到3纳米，则所释放的电流显著下降，这就意 味着由于旋转的电极的极性变化，较少的电子能够穿越阻力。这在Hung Quang Nguyen的 博士论文《利用扫描隧道显微镜和看谱镜对隧道穿越现象的试验和理论研究》中得到讨论， 可从微缩胶卷大学、即现在的贝尔和豪威尔信息研究机构查阅(1989)。对点接触二极管结构用于太阳能电池天线的属性所进行的三维量子动力学研究， 在 A. Mayer, Μ. S. Chung, B. L. Weiss, N. Μ. Miskovsky 和 Paul H. Cutler 合著的论文中得到 讨论。该文题为《金属绝缘体金属节点的几何整流属性的三维分析及在能源转换的应用》， 《物理学评论》B. 77,085411(2008年2月8日)。凡引用处皆为本专利技术所采纳。由Peter Burke, Shendong Li和Zhen Yu合作的《纳米线和纳米管天线性能的 量化理论》一文(美国电气和电子工程师协会期刊纳米技术译文版之5，314(2006))和 P. J. Burke的《作为碳纳米管千兆赫电属性模型的Luttinger液体理论》(美国电气和电子 工程师协会期刊纳米技术译文版之5，314(2002)))，通过电子气模拟Luttinger液体对金 属碳纳米管的天线特性做了分析(例如一维反应电子气)。传统天线理论将纳米线/金属 碳纳米管视为天线和传输线配置中的一维导体。在处理纳米线/金属碳纳米管回路元件 时又添加了两个电磁因素。这些是量子电容和动力感应器(类似于传统的磁感应器)。在 Burke的文章中，多壁的碳纳米管用作(传统天线理论范畴的)天线，但也包括了这些添加 元件作为集总电路元件。Mayer的量子力学计算包括了 Burke的量子力学修正值。特别值得一提的是， Mayer的文章讨论了由光学波段440纳米绿线入射辐射所产生的静态和感应交流场情形 下，怎样计算静态和动态隧道(Tunneling)电阻。这些计算考虑了电极头与电极坐(例如 正极或平板电极)的相似和不同组合。电极头与电极坐的温度不相称性也被考虑，计算结 果为电极头半径和电极头正极分离的函数。这个结果是通向外接负荷的直流电压的整流电 流。Τ. E. Sullivan,Paul H. Cutler和A. A. Lucas合作的《使用天线理论计算热场辐射 金属晶须二极管中的电力场》和Τ. E. Sullivan的《激光辐射的热和场排放对金属晶须二极 管的影响在红外侦测装置中的应用》(博士论文，可从微缩胶卷大学、即现在的贝尔和豪威 尔信息研究机构查阅(1977))讨论了晶须类纳米线天线产生的电流和电压的属性。引用之处，皆为本专利技术所采纳。Sullivan的后一篇文章讨论了由入射激光辐射在不同晶须电极头 上诱导的电场和电压的计算，也讨论了使用线性天线理论来描述晶须的接收特性。平板和圆柱天线在天线理论界已为人知，Keith R. Carver和James W. Mink在《微 带天线技术》(美国电气工程师协会会刊，天线和传播翻译版，AP-29，第一和第二期(1981)) 中早有讨论。借助Schelkimoff的双锥理论，电极头本文档来自技高网...
【技术保护点】
接收入射辐射并将其转换为直流电流的装置。本装置包括： 一个透明导体； 至少一个点接触二极管，该二极管有一根提供接收天线功能和整流功能的纳米线； 一个位于透明导体和纳米线之间的绝缘薄层； 一个点接触节点，纳米线和绝缘薄层在此处相接。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：保罗·卡特勒，
申请(专利权)人：保罗·卡特勒，
类型：发明
国别省市：US
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