[發明專利]一種利用熱載流子增強硅基光熱電效應光電轉換器

有效

• 申請號: 201911189551.6
• 申請日: 2019-11-28
• 公開（公告）號: CN110854213B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 劉黎明;易子川;遲鋒;楊健君;王紅航;吳艷花
• 申請（專利權）人: 電子科技大學中山學院
• 主分類號: H01L31/0216
• 分類號: H01L31/0216;H01L31/0236;H01L31/04
• 代理公司: 重慶萃智邦成專利代理事務所(普通合伙) 50231
• 代理人: 舒夢來

本發明涉及一種利用熱載流子增強硅基光熱電效應光電轉換器，包括絕緣基底層，所述絕緣基底層的上方設置有第一電極、第二電極、硅基底層，所述硅基底層位于第一電極與第二電極之間，所述硅基底層與第一電極電接觸，所述硅基底層與第二電極電接觸，所述硅基底層的上方設置有多個陷光槽，所述陷光槽的側壁上設置有多個等離激元共振結構；該利用熱載流子增強硅基光熱電效應光電轉換器，通過利用等離激元納米結構層在硅基底上產生光熱電效應，從而提高光生載流子的利用效率，在硅基底中存在的由于光生熱載流子的溫度梯度驅動的光電響應，即光熱電效應。光熱電效應可以有效利用傳統光電探測無法利用的熱化載流子的能量，進一步提高了光電轉換效率。

技術領域

本發明涉及光熱電轉換技術領域，具體涉及一種利用熱載流子增強硅基光熱電效應光電轉換器。

背景技術

在化石燃料儲備日漸消耗的情況下，對可再生能源如太陽能的利用成為人們關注的重要方向。太陽能的利用有光熱轉換和光電轉換兩種方式，其中光電轉換是目前對太陽能進行有效利用的主要途徑，如通過光伏組件可以將太陽能轉換為電能。但由于太陽能電池工作時的光電轉換效率有限，普遍在20～30％，剩余的太陽能量以廢熱的形式散失在環境中。

熱電材料能夠直接將熱能與電能相互轉換，在廢熱回收及綠色制冷領域中展現出巨大的應用潛力。目前商業化的熱電材料主要為碲化鉍基的無機塊體材料，其能量轉化效率約為10％。熱電材料的能量轉換效率雖不如傳統的壓縮機制冷或者蒸汽熱回收系統但它的優點在于器件穩定性高、結構簡單緊湊、易于維護；并且熱電器件工作時不需要機械傳動裝置或配件，對環境友好。

將熱電器件與光伏組件集成，在光伏電池吸收太陽光發電的同時，熱電器件吸收光伏電池的廢熱發電，可實現光電、熱電同時轉化，是提高對太陽能利用率的有效途徑。近年來，各類器件的微型化、柔性化發展逐漸成為潮流趨勢，隨之涌現出各種新型可穿戴、可折疊便攜式的智能設備，若將光伏與熱電器件做成薄膜結構，實現輕質、超薄、可彎折，便可推動太陽能/熱電電池在航空航天、醫療監護以及可穿戴等領域的應用。

傳統的電轉換器、半導體器件，主要由電極以及設置于電極之間的硅材料制成，局限于材料本身的特性，一般利用的是材料內部的熱載流子進行導電。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用熱載流子增強硅基光熱電效應光電轉換器，包括絕緣基底層，所述絕緣基底層的上方設置有第一電極、第二電極、硅基底層，所述硅基底層位于第一電極與第二電極之間，所述硅基底層與第一電極電接觸，所述硅基底層與第二電極電接觸，所述硅基底層的上方設置有多個陷光槽，所述陷光槽的側壁上設置有多個等離激元共振結構。

所述陷光槽為周期排列。

所述陷光槽為倒三角形。

所述陷光槽分為左斜壁、右斜壁，所述左斜壁上設置有多個等離激元共振結構，右斜壁設置有多個等離激元共振結構。

所述左斜壁上設置的多個等離激元共振結構為周期排列，所述右斜壁設置的多個等離激元共振結構同樣為周期排列。

所述左斜壁上設置的多個等離激元共振結構的周期與所述右斜壁設置的多個等離激元共振結構的周期相同或者不同。

所述等離激元共振結構是由金或銀制成。

所述絕緣基底層(1)是由氮化鎵制成。