[發明專利]具有光冷/光熱轉換功能的半導體元器件

有效

• 申請號: 201310372037.2
• 申請日: 2013-08-23
• 公開（公告）號: CN103489948A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 趙崢;王宇昶
• 申請（專利權）人: 趙崢;王宇昶
• 主分類號: H01L31/052
• 分類號: H01L31/052;H02S10/30
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

技術領域

本發明涉及新能源技術領域，尤其涉及一種具有光冷/光熱轉換功能的半導體元器件。

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背景技術

隨著全球經濟的不斷發展，對環境的破壞也日益嚴重。環境保護是目前世界各國面臨的重要課題之一。采用清潔能源代替傳統能源，可以改善居住環境，提高環境質量，是一項重要的環保措施。太陽能電池直接利用光能轉化成電能，在能量轉化的過程中不產生污染物，是一種新型的清潔能源。并且太陽能取之不盡、用之不竭，因而成為目前新能源領域研究的熱點。

太陽能電池是一種通過光生伏特效應直接把光能轉化成電能的裝置，其將高純度的半導體材料加入一些雜質使其呈現不同的性質，如加入硼可形成P型半導體，加入磷可形成N型半導體，PN兩型態的半導體結合后，當太陽光入射時，會產生電子與空穴，光子將能量傳遞給電子使其運動從而形成電流。在眾多太陽光電池中較普遍且較實用的有單晶硅太陽光電池、多晶硅太陽光電池及非晶硅太陽光電池等三種太陽光電池。

太陽能電池的應用非常廣泛，其中典型的應用是利用太陽能電池來制熱或制冷。目前，在制熱方面，利用太陽能轉化為熱能最直接的方式是太陽能熱水器。然而利用太陽能電池來制冷就比較復雜，其具體過程為：首先太陽能電池將太陽能轉化為直流電；然后將直流電進行升壓，轉化為交流電；接著交流電驅動制冷壓縮機，達到制冷效果。

由以上可知，目前利用太陽能電池來制熱或制冷存在以下不足：

1）制熱或制冷通常需采用單獨的兩套裝置來進行，不能使用同一裝置來實現制熱或制冷；

2）在制冷時由于存在多個能量轉化過程：太陽能先轉化為直流電，直流電再轉化為交流電，交流電再驅動制冷壓縮機制冷；因而能量轉化的效率低。

因此，有必要對現有的太陽能制冷/制熱裝置進行改進。

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發明內容

本發明的目的在于提供一種具有光冷/光熱轉換功能的半導體元器件，以提高利用太陽能電池進行制冷/制熱裝置的能量轉化效率。

本發明的又一目的在于提供一種具有光冷/光熱轉換功能的半導體元器件，使其既能制冷又能制熱，從而使用方便。

為了實現上述目的，本發明提供一種具有光冷/光熱轉換功能的半導體元器件，包括從上至下依次排列的具有光伏效應的太陽能電池層、第一導熱絕緣層、第一導電導熱層、具有帕爾貼效應的P?N結層、第二導電導熱層、第二導熱絕緣層以及散熱片；其中：

所述太陽能電池層將太陽能轉化成電能，其具有陽極及陰極；

所述第一導熱絕緣層使所述太陽能電池層與所述第一導電導熱層之間電絕緣，但熱傳導；

所述第一導電導熱層將所述具有帕爾貼效應的PN結層產生的冷或熱進行傳遞，且所述第一導電導熱層包括多個第一導電導熱單元；

所述具有帕爾貼效應的P?N結層包括多個PN結，每個PN結與一個第一導電導熱單元對應，每個PN結包括P型半導體和N型半導體，所述P型半導體和所述N型半導體通過與其對應的第一導電導熱單元相連，形成PN結；

所述第二導電導熱層將所述具有帕爾貼效應的PN結層產生的熱或冷進行傳遞，且所述第二導電導熱層包括多個第二導電導熱單元；所述多個PN結中的第一個PN結的P型半導體通過一個第二導電導熱單元引出，形成所述具有帕爾貼效應的P?N結層的陽極；所述多個PN結中的最后一個PN結的N型半導體通過一個第二導電導熱單元引出，形成所述具有帕爾貼效應的PN結層的陰極；且所述多個PN結之間依次通過對應的第二導電導熱單元串聯連接；

所述第二導熱絕緣層使所述第二導電導熱層與所述散熱片之間電絕緣，但熱傳導；

所述散熱片將所述第二導熱絕緣層傳導的熱或冷進行傳遞；

當所述太陽能電池層的陽極和陰極分別與所述具有帕爾貼效應的PN結層的陽極和陰極相連時，所述第二導電導熱層吸收熱量制冷，所述第一導電導熱層釋放熱量制熱；反之，所述第二導電導熱層釋放熱量制熱，所述第一導電導熱層吸收熱量制冷。

較佳地，所述太陽能電池層的陽極和陰極分別引出接線端子，所述具有帕爾貼效應的PN結層的陽極和陰極分別引出接線端子，所述太陽能電池層的陽極和陰極的接線端子通過一冷熱切換開關控制，使其分別與所述具有帕爾貼效應的PN結層的陽極和陰極的接線端子相連或分別與所述具有帕爾貼效應的PN結層的陰極和陽極的接線端子相連。

在一些實施例中，所述太陽能電池為晶硅太陽能電池或非晶硅太陽能電池或異致結太陽能電池或III-V族元素的太陽能電池。

所述非晶硅太陽能電池為薄膜太陽能電池或柔性太陽能電池。