本发明专利技术提供一种九宫格型激光-电能转换器，用于接收大功率半导体激光器输出的激光，且能输出较高电压以方便后续利用电能。本发明专利技术的九宫格型激光-电能量转换器通过将光伏电池芯片设计成九宫格的形式，通过九片光伏电池芯片串并联的方式以适合激光光斑能量的高斯分布，减少了激光能量的丢失，减少了各个芯片接收激光功率的不均匀性。本发明专利技术能充分利用激光并输出大的电功率，通过调节芯片尺寸或厚度来接收更大功率激光，提高了能量的传输效率，能够提供高的电压输出易于实现高效的DC/DC转换等。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种九宫格型激光-电能转换器，用于接收大功率半导体激光器输出的激光，且能输出较高电压以方便后续利用电能。本专利技术的九宫格型激光-电能量转换器通过将光伏电池芯片设计成九宫格的形式，通过九片光伏电池芯片串并联的方式以适合激光光斑能量的高斯分布，减少了激光能量的丢失，减少了各个芯片接收激光功率的不均匀性。本专利技术能充分利用激光并输出大的电功率，通过调节芯片尺寸或厚度来接收更大功率激光，提高了能量的传输效率，能够提供高的电压输出易于实现高效的DC/DC转换等。【专利说明】一种九宫格型激光-电能转换器
本专利技术属于激光无线能量传输领域，尤其涉及一种九宫格型激光-电能转换器。
技术介绍
激光无线供能技术是一种新兴的技术。它可以取代传统的基于铜线供电系统且适用于有严格的安全要求的地区。这样的地区通常被称为“排除区域”，被认为存在爆炸的危险，或有高电磁噪声的干扰，如高压线，炼油厂，煤矿，燃料罐，卫星，飞机，核电站领域和电话系统。典型的激光无线供能技术包括光源(通常是激光二极管)，传输介质(光纤或空气)，和光接收器(光生伏特(PV)转换器)。其中高功率的激光-电能的转换器成为了全球热点话题。现阶段在输出高电压的同时能有效转换百瓦级激光功率的转换器相关报道很少。部分前人的工作大都存在缺陷，激光功率偏低，或者光电转换效率偏低。例如，1997年，日本H.Yugami等人做过激光能量传输的场地实验，发射端选用C02连续激光器，测试过程中最大激光功率为25W。同时测试了 808nm的半导体激光器照射尺寸为2X2cm2单结GaAs电池芯片，激光-电转换效率为40%。2002年，SternsieK和Schafer进行了地面激光能量传输的实验。他们用Nd = YAG全固态激光器倍频输出532nm的激光来驱动装备有光伏电池的小车，传输距离为30?300m，激光功率为5W，光伏电池的材料为InGaP,激光-电的转换效率为25%。2006年，日本Kinki大学利用波长为808nm光纤耦合半导体激光器，激光功率为200W，给装配有光伏电池的风筝、直升机激光供能，激光器电-光转换效率为34.2%，光伏电池组件由30片4X7cm2的GaAs电池芯片组成，激光-电转换效率仅为21%，总的电-光转换效率为7.2%。2012年，NASA利用望远镜系统传输8kw连续激光驱动太空电梯，用硅基光伏电池阵列粘附在电梯(climbers)上。激光器为光纤输出的半导体泵浦固体激光器，波长1030nm,由333片2X2cm2单晶硅芯片组成光伏电池阵列，但电流匹配不好，效率很低。现阶段激光-电能转换器存在部分问题有，单片光伏电池芯片电压太低，且输出电功率偏低。部分前人的研究成果采用阵列串联方式增大输出功率及电压，存在激光光斑照射不均匀的电流匹配问题，从而影响光电转换效率。目前国内外激光能量传输技术的主要问题有:传输总功率低，转换效率较低，输出电压低，激光能量与电池匹配问题等等。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种九宫格型激光-电能转换器，其能接收大功率半导体激光器输出的激光，且能输出较高电压以方便后续利用电能。其减少了激光能量的丢失，同时减少了各个芯片接收激光功率的不均匀性，提高了能量的传输效率，是新一代的能源技术，能充分改善能源的传输和利用。本专利技术的九宫格型激光-电能转换器，包括:九片光伏电池芯片，该九片光伏电池芯片封装组成九宫格，所述九宫格的第一排依次命名为第一光伏电池芯片(I)、第二光伏电池芯片(2)、第三光伏电池芯片(3);所述九宫格的第二排依次命名为第四光伏电池芯片(4)、第五光伏电池芯片(5)、第六光伏电池芯片(6);所述九宫格的第三排依次命名为第七光伏电池芯片(7)、第八光伏电池芯片(8)、第九光伏电池芯片(9)；九片光伏电池芯片的连接关系如下:其中所述第一光伏电池芯片(I)与第三光伏电池芯片(3)并联为第一电路，所述第七光伏电池芯片(7)与所述第九光伏电池芯片(9)并联为第二电路，所述第二光伏电池芯片(2)、所述第一电路、第四光伏电池芯片(4)、第五光伏电池芯片(5)、第六光伏电池芯片(6)、所述第二电路、第八光伏电池芯片(8)依次串联为第三电路，最终由所述第二光伏电池芯片(2)的负极引出所述九宫格型激光-电能转换器的负电极b，由所述第八光伏电池芯片(8)的正极引出所述九宫格型激光-电能转换器的正电极a。进一步的，所述九宫格型激光-电能转换器的激光光斑能量呈高斯分布。进一步的，所述九宫格型激光-电能转换器的尺寸大小可根据传输激光功率调节。本专利技术的有益效果在于:本专利技术将激光-电能量转换器设计成九宫格的形式，通过串并联以适合激光光斑能量的高斯分布，接收大功率半导体激光器输出的激光，输出较高电压以方便后续利用电能。本专利技术减少了激光能量的丢失，同时减少了各个芯片接收激光功率的不均匀性，能充分利用激光并输出大的电功率，且可通过调节芯片尺寸或厚度来接收更大功率激光。本专利技术提闻了能量的传输效率，能够提供闻的电压输出易于实现闻效的DC/DC转换等。综上所述，本专利技术的九宫格型激光-电能转换器属于新一代的能源技术，能充分改善能源的传输和利用。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术的九宫格型激光-电能转换器的结构示意图；【具体实施方式】本专利技术的应用具体涉及到模块化航天期间激光能量传输、空-地激光能量传输、太空探索及作业、应急供能等，以及在特定环境情况下，例如地震、洪涝、暴风雪等引起的自然灾害，或人为因素引发的场景中承担能量传输及通信的功能。本专利技术的目的是接收百瓦级大功率半导体激光器输出的激光，且能输出较高电压以方便后续用电。图1是本专利技术的九宫格型激光-电能转换器的结构示意图。如图1所示，本专利技术的九宫格型激光-电能转换器，包括:九片光伏电池芯片，该九片光伏电池芯片封装组成九宫格，所述九宫格的第一排依次命名为第一光伏电池芯片(I)、第二光伏电池芯片(2)、第三光伏电池芯片(3);所述九宫格的第二排依次命名为第四光伏电池芯片(4)、第五光伏电池芯片(5)、第六光伏电池芯片(6);所述九宫格的第三排依次命名为第七光伏电池芯片(7)、第八光伏电池芯片(8)、第九光伏电池芯片(9)；九片光伏电池芯片的连接关系如下:其中所述第一光伏电池芯片(I)与第三光伏电池芯片(3)并联为第一电路，所述第七光伏电池芯片(7)与所述第九光伏电池芯片(9)并联为第二电路，所述第二光伏电池芯片(2)、所述第一电路、第四光伏电池芯片(4)、第五光伏电池芯片(5)、第六光伏电池芯片(6)、所述第二电路、第八光伏电池芯片(8)依次串联为第三电路，最终由所述第二光伏电池芯片(2)的负极引出所述九宫格型激光-电能转换器的负电极b，由所述第八光伏电池芯片(8)的正极引出所述九宫格型激光-电能转换器的正电极a。其中，所述九宫格型激光-电能转换器的激光光斑能量呈高斯分布。所述九宫格型激光-电能转换器的尺寸大小可根据传输激光功率调节。本专利技术可以有效的减少激光能量丢失，且可以输出大的电功率及高电压。由于激光光斑能量呈高斯分布，光斑四角的能量分布几乎为中心光斑一半，本专利技术的连接方式能有效的减少单个芯片接受激光功率不均匀性。本专利技术可以选择激光光源为百瓦级任意波长大功率半导体激光器。例如本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种九宫格型激光?电能转换器，其特征在于，包括：九片光伏电池芯片，该九片光伏电池芯片封装组成九宫格，所述九宫格的第一排依次命名为第一光伏电池芯片（1）、第二光伏电池芯片（2）、第三光伏电池芯片（3）；所述九宫格的第二排依次命名为第四光伏电池芯片（4）、第五光伏电池芯片（5）、第六光伏电池芯片（6）；所述九宫格的第三排依次命名为第七光伏电池芯片（7）、第八光伏电池芯片（8）、第九光伏电池芯片（9）；九片光伏电池芯片的连接关系如下：其中所述第一光伏电池芯片（1）与第三光伏电池芯片（3）并联为第一电路，所述第七光伏电池芯片（7）与所述第九光伏电池芯片（9）并联为第二电路，所述第二光伏电池芯片（2）、所述第一电路、第四光伏电池芯片（4）、第五光伏电池芯片（5）、第六光伏电池芯片（6）、所述第二电路、第八光伏电池芯片（8）依次串联为第三电路，最终由所述第二光伏电池芯片（2）的负极引出所述九宫格型激光?电能转换器的负电极b，由所述第八光伏电池芯片（8）的正极引出所述九宫格型激光?电能转换器的正电极a。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张海洋，何滔，赵长明，杨苏辉，张逸晨，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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