具有光冷/光热转换功能的半导体元器件制造技术

本实用新型专利技术公开了一种具有光冷/光热转换功能的半导体元器件，其将光伏效应和帕尔贴效应结合在一起，具有直接用光进行制冷/制热的功能，包括从上至下依次排列的具有光伏效应的太阳能电池层、第一导热绝缘层、第一导电导热层、具有帕尔贴效应的PN结层、第二导电导热层、第二导热绝缘层以及散热片；通过将所述具有帕尔贴效应的PN结层的阳极和阴极分别与太阳能电池层的阳极和阴极相连或分别与太阳能电池层的阴极和阳极相连，使得所述散热片具有制冷或制热效果。该器件的能量转换直接，能量转换的效率高；并且使用方便。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
具有光冷/光热转换功能的半导体元器件
本技术涉及新能源
，尤其涉及一种具有光冷/光热转换功能的半导体元器件。
技术介绍
随着全球经济的不断发展，对环境的破坏也日益严重。环境保护是目前世界各国面临的重要课题之一。采用清洁能源代替传统能源，可以改善居住环境，提高环境质量，是一项重要的环保措施。太阳能电池直接利用光能转化成电能，在能量转化的过程中不产生污染物，是一种新型的清洁能源。并且太阳能取之不尽、用之不竭，因而成为目前新能源领域研究的热点。太阳能电池是一种通过光生伏特效应直接把光能转化成电能的装置，其将高纯度的半导体材料加入一些杂质使其呈现不同的性质，如加入硼可形成P型半导体，加入磷可形成N型半导体，PN两型态的半导体结合后，当太阳光入射时，会产生电子与空穴，光子将能量传递给电子使其运动从而形成电流。在众多太阳光电池中较普遍且较实用的有单晶硅太阳光电池、多晶硅太阳光电池及非晶硅太阳光电池等三种太阳光电池。太阳能电池的应用非常广泛，其中典型的应用是利用太阳能电池来制热或制冷。目前，在制热方面，利用太阳能转化为热能最直接的方式是太阳能热水器。然而利用太阳能电池来制冷就比较复杂，其具体过程为:首先太阳能电池将太阳能转化为直流电；然后将直流电进行升压，转化为交流电；接着交流电驱动制冷压缩机，达到制冷效果。由以上可知，目前利用太阳能电池来制热或制冷存在以下不足:I)制热或制冷通常需采用单独的两套装置来进行，不能使用同一装置来实现制热或制冷；2)在制冷时由于存在多个能量转化过程:太阳能先转化为直流电，直流电再转化为交流电，交流电再驱动制冷压缩机制冷；因而能量转化的效率低。因此，有必要对现有的太阳能制冷/制热装置进行改进。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种具有光冷/光热转换功能的半导体元器件，以提高利用太阳能电池进行制冷/制热装置的能量转化效率。本技术的又一目的在于提供一种具有光冷/光热转换功能的半导体元器件，使其既能制冷又能制热，从而使用方便。为了实现上述目的，本技术提供一种具有光冷/光热转换功能的半导体元器件，包括从上至下依次排列的具有光伏效应的太阳能电池层、第一导热绝缘层、第一导电导热层、具有帕尔贴效应的P N结层、第二导电导热层、第二导热绝缘层以及散热片；其中:所述太阳能电池层将太阳能转化成电能，其具有阳极及阴极；所述第一导热绝缘层使所述太阳能电池层与所述第一导电导热层之间电绝缘，但热传导；所述第一导电导热层将所述具有帕尔贴效应的PN结层产生的冷或热进行传递，且所述第一导电导热层包括多个第一导电导热单元；所述具有帕尔贴效应的P N结层包括多个PN结，每个PN结与一个第一导电导热单元对应,每个PN结包括P型半导体和N型半导体,所述P型半导体和所述N型半导体通过与其对应的第一导电导热单元相连，形成PN结；所述第二导电导热层将所述具有帕尔贴效应的PN结层产生的热或冷进行传递，且所述第二导电导热层包括多个第二导电导热单元；所述多个PN结中的第一个PN结的P型半导体通过一个第二导电导热单元引出，形成所述具有帕尔贴效应的P N结层的阳极；所述多个PN结中的最后一个PN结的N型半导体通过一个第二导电导热单元弓I出，形成所述具有帕尔贴效应的PN结层的阴极；且所述多个PN结之间依次通过对应的第二导电导热单元串联连接；所述第二导热绝缘层使所述第二导电导热层与所述散热片之间电绝缘，但热传导；所述散热片将所述第二导热绝缘层传导的热或冷进行传递；当所述太阳能电池层的阳极和阴极分别与所述具有帕尔贴效应的PN结层的阳极和阴极相连时，所述第二导电导热层吸收热量制冷，所述第一导电导热层释放热量制热；反之，所述第二导电导热层释放热量制热，所述第一导电导热层吸收热量制冷。较佳地，所述太阳能电池层的阳极和阴极分别引出接线端子，所述具有帕尔贴效应的PN结层的阳极和阴极分别引出接线端子，所述太阳能电池层的阳极和阴极的接线端子通过一冷热切换开关控制，使其分别与所述具有帕尔贴效应的PN结层的阳极和阴极的接线端子相连或分别与所述具有帕尔贴效应的PN结层的阴极和阳极的接线端子相连。在一些实施例中，所述太阳能电池为晶硅太阳能电池或非晶硅太阳能电池或异致结太阳能电池或II1-V族元素的太阳能电池。所述非晶硅太阳能电池为薄膜太阳能电池或柔性太阳能电池。所述异致结太阳能电池为HIT太阳能电池。所述II1-V族元素的太阳能电池为聚光电池。在一些实施例中，所述第一导热绝缘层与所述第二导热绝缘层为陶瓷。在一些实施例中，所述散热片的材质为金属或工程塑料或导热橡胶或陶瓷。在一些实施例中，所述散热片的材质为铝合金。在一些实施例中，所述具有帕尔贴效应的PN结层的半导体材料为系半导体材料、PbTe体系半导体材料、SiGe体系半导体材料、方钴矿型热电材料、Zn4Sb3、金属硅化物、氧化物、纳米复合材料中的任一种。在一些实施例中，所述方钴矿型热电材料为CoSb3。在一些实施例中，所述金属硅化物为β -FeSi2, MnSi2, CrSi2中的任一种。在一些实施例中，所述氧化物为NaCo2O4。在一些实施例中，所述多个PN结排列成多排，各排之间形成蛇形排列。本技术由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果:I)本技术提供的具有光冷/光热转换功能的半导体元器件在一面利用所述太阳能电池吸收太阳能，另一面直接制冷或制热，因而能量转换直接，能量转换的效率高；2)本技术提供的具有光冷/光热转换功能的半导体元器件在空间上具有体积小/举例短的优点，其吸收太阳能的一面到制冷或制热的另一面的距离只有几个毫米；因而使用起来不占用空间；3)本技术提供的具有光冷/光热转换功能的半导体元器件既能实现制冷又能实现制热，只需根据实际需要切换连接方式即可，因而使用起来简单方便。【附图说明】图1A为本技术实施例提供的具有光冷/光热转换功能的半导体元器件的立体构结构示意图；图1B为本技术实施例提供的具有光冷/光热转换功能的半导体元器件的爆炸图；图2为本技术实施例提供的具有光冷/光热转换功能的半导体元器件的剖面图；图3为本技术实施例提供的具有光冷/光热转换功能的半导体元器件的工作原理图；图4为本技术实施例提供的具有光冷/光热转换功能的半导体元器件中的PN结的排列方式的一实施例的示意图。【具体实施方式】以下结合附图和具体实施例对本技术提出的具有光冷/光热转换功能的半导体元器件作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本技术实施例的目的。请参阅图1A、图1B及图2，其中，图1A为本技术实施例提供的具有光冷/光热转换功能的半导体元器件的立体构结构示意图，图1B为本技术实施例提供的具有光冷/光热转换功能的半导体元器件的爆炸图，图2为本技术实施例提供的具有光冷/光热转换功能的半导体元器件的剖面图，如图1A、图1B及图2所示，本技术实施例提供的具有光冷/光热转换功能的半导体元器件包括从上至下依次排列的:具有光伏效应的太阳能电池层1、第一导热绝缘层2、第一导电导热层、具有帕尔贴效应的P N本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有光冷/光热转换功能的半导体元器件，其特征在于，包括从上至下依次排列的具有光伏效应的太阳能电池层、第一导热绝缘层、第一导电导热层、具有帕尔贴效应的P?N结层、第二导电导热层、第二导热绝缘层以及散热片；其中：所述太阳能电池层将太阳能转化成电能，其具有阳极及阴极；所述第一导热绝缘层使所述太阳能电池层与所述第一导电导热层之间电绝缘，但热传导；所述第一导电导热层将所述具有帕尔贴效应的PN结层产生的冷或热进行传递，且所述第一导电导热层包括多个第一导电导热单元；所述具有帕尔贴效应的P?N结层包括多个PN结，每个PN结与一个第一导电导热单元对应，每个PN结包括P型半导体和N型半导体，所述P型半导体和所述N型半导体通过与其对应的第一导电导热单元相连，形成PN结；所述第二导电导热层将所述具有帕尔贴效应的PN结层产生的热或冷进行传递，且所述第二导电导热层包括多个第二导电导热单元；所述多个PN结中的第一个PN结的P型半导体通过一个第二导电导热单元引出，形成所述具有帕尔贴效应的P?N结层的阳极；所述多个PN结中的最后一个PN结的N型半导体通过一个第二导电导热单元引出，形成所述具有帕尔贴效应的PN结层的阴极；且所述多个PN结之间依次通过对应的第二导电导热单元串联连接；所述第二导热绝缘层使所述第二导电导热层与所述散热片之间电绝缘，但热传导；所述散热片将所述第二导热绝缘层传导的热或冷进行传递；当所述太阳能电池层的阳极和阴极分别与所述具有帕尔贴效应的PN结层的阳极和阴极相连时，所述第二导电导热层吸收热量制冷，所述第一导电导热层释放热量制热；反之，所述第二导电导热层释放热量制热，所述第一导电导热层吸收热量制冷。...

【技术特征摘要】
1.一种具有光冷/光热转换功能的半导体元器件，其特征在于，包括从上至下依次排列的具有光伏效应的太阳能电池层、第一导热绝缘层、第一导电导热层、具有帕尔贴效应的P N结层、第二导电导热层、第二导热绝缘层以及散热片；其中: 所述太阳能电池层将太阳能转化成电能，其具有阳极及阴极； 所述第一导热绝缘层使所述太阳能电池层与所述第一导电导热层之间电绝缘，但热传导； 所述第一导电导热层将所述具有帕尔贴效应的PN结层产生的冷或热进行传递，且所述第一导电导热层包括多个第一导电导热单元； 所述具有帕尔贴效应的P N结层包括多个PN结，每个PN结与一个第一导电导热单元对应,每个PN结包括P型半导体和N型半导体,所述P型半导体和所述N型半导体通过与其对应的第一导电导热单元相连，形成PN结； 所述第二导电导热层将所述具有帕尔贴效应的PN结层产生的热或冷进行传递，且所述第二导电导热层包括多个第二导电导热单元；所述多个PN结中的第一个PN结的P型半导体通过一个第二导 电导热单元引出，形成所述具有帕尔贴效应的P N结层的阳极；所述多个PN结中的最后一个PN结的N型半导体通过一个第二导电导热单元引出，形成所述具有帕尔贴效应的PN结层的阴极；且所述多个PN结之间依次通过对应的第二导电导热单元串联连接； 所述第二导热绝缘层使所述第二导电导热层与所述散热片之间电绝缘，但热传导； 所述散热片将所述第二导热绝缘层传导的热或冷进行传递； 当所述太阳能电池层的阳极和阴极分别与所述具有帕尔贴效应的PN结层的阳极和阴极相连时，所述第二导电导热层吸收热量制冷，所述第一导电导热层释放热量制热；反之，所述第二导电导热层释放热量制热，所述第一导电导热层吸收热量制冷。2.如权利要求1所述的具有光冷/光热转换功能的半导体元器件，其特征在于，所述太阳能电池层的阳极和阴极分别引出接线端子，所述具有帕尔贴效应的PN结层的阳极和阴极分别引出接线端子，所述太阳能电池层的阳极和阴极的接线端子通过一冷热切换开关控制，使其分别与所述具有帕尔贴效应的PN结层的阳极和...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵峥，王宇昶，
申请(专利权)人：赵峥，王宇昶，
类型：实用新型
国别省市：