专利名称：激光照射光电或光热转换装置及方法
技术领域：
本发明涉及激光照射光电或光热转换装置。
背景技术：
:光可分为不同波长，由于太阳照射到电池表面的光子能量范围很广，没有足够能量的光子穿过电池，不能使电池中电子逸出和进行光电转换，其数量约占阳光总数的50%。只有达到一定能量的光子才能使电池中电子逸出和进行光电转换，如果光子的能量比所需的能量多，则多余的能量会损失掉或转化成热量，上述两种效应就会造成电池中70%左右的辐射能损失，因此，要使大量光子具有足够的能量，通过阳光的自发辐射是不可能实现的，只有受控的激发照射才能够得以实现，受控激光具备实现上述目的的功能。受控激光照射不受白天与黑夜的限制，可以实现全天候光电转换或光热发电
发明内容
:本发明的目的是:1、通过受控激光照射在光电转换电池上进行光电转换，提高光伏电池光电转换效率。2、通过受控激光照射在光热转换电池上进行热电转换，提高光热转换半导体材料的光热转换效率。3、通过太阳光与激光组合，提高光伏电池光电转换效率或光热转换半导体材料的光热转换效率，降低激光器能耗。4、通过激光间断照射光伏电池，降低光伏电池的热量，提高光伏电池的光电转换效率。5、通过激光扫描照射光伏电池，实现一台激光机对多个电池片扫描，提高光伏电池的光电转换效率。6、通过激光器的可控泵蒲，获得更多高能量的光子。7、通过激光器发射最优带隙能量的光子，提高光伏电池的光电转换效率。8、中空光电转换电池或中空光热转换电池透光面板表面镀金属及其氧化物薄膜或非金属及其氧化物薄膜或纳米涂层，过滤无用和有害光子，提高转换电池的使用寿命和转换效能。9、用光电转换电池或光热转换电池获得的电能驱动激光发射器，实现能量自循环。10、多台激光发射器阵列排布和光伏电池阵列排布,实现规模化光电转换或光热转换。
11、光电转换电池或光热转换电池制造成中空电池，中空电池腔内充满气体或液体或冷媒，中空电池腔内气体或液体或冷媒吸收激光热量，防止光热转换电池过热。12、两层或者多层具有不同带隙的不同光电转换材料叠合在一起，带隙较高的光电转换材料放在表面，吸收较高能量的光子，而带隙较低的光电转换材料放在下方，吸收较低能量的光子，实现多层发电。13、光电转换电池或光热转换电池上设温度传感器，温度传感器将光电转换电池或光热转换电池温度信息传递给信息处理中心，信息处理中心按照预先编定的程序将信息发送到控制器，控制器控制激光发射器的开或闭，调整激光发射器发出光量子的强度和数量，提高光电转换电池或光热转换电池的使用寿命和转换效能。本发明提出的激光照射光电装置包括:激光发射器，光学谐振腔，激励源，激光工作介质，光电转换电池，激光发射器发出的激光照射在光电转换电池上进行光电转换。本发明提出的激光照射光热转换装置包括:激光发射器，光学谐振腔，激励源，激光工作介质，光热转换电池，激光发射器发出的激光照射在光热转换电池上进行热电转换。
激光器包括:固体激光器，气体激光器，液体激光器，半导体激光器，自由电子激光器，光纤激光器，电激励激光器。激光工作介质包括气体、液体、固体或半导体，激光工作介质可以实现粒子数反转。激励源包括:电激励，光激励,热激励,化学激励。光学谐振腔是在激光器相对两端面装上两块反射率很高的透镜，一块几乎全反射光，一块大部分反射光、少量光透射出去，透镜反射回到工作介质的光，继续诱发新的受激辐射，产生强烈的激光，从部分反射透镜端输出。激光发射器透镜表面镀金属及其氧化物薄膜或非金属及其氧化物薄膜或纳米涂层，过滤无用和有害光子。激光发射器发出的激光照射在光电转换中空电池上，中空电池腔内充满空气或氦(He)或氖(Ne)或氩(Ar)或氪(Kr)或氙(Xe)或氯(Cl)或溴(Br)或碘(I)或氮(N)或硫
(S)或一氧化碳(CO)或氮气(N2)或氧气(02)或二氧化碳(C02)气体，照射在中空电池腔内气体上的激光将能量传递到上述气体上，上述气体经激光能量的二次泵蒲，将能量传递给光电转换电池或光热转换电池，提高光电转换电池的效能。中空光电转换电池或中空光热转换电池透光面板表面镀金属及其氧化物薄膜或非金属及其氧化物薄膜或纳米涂层，镀膜透光面板用于过滤无用和有害光子。激光发射器发出的激光间断照射在光电转换电池上进行光电转换或激光发射器发出的激光间断照射在光热转换电池上进行热电转换，间断照射使转换电池具有足够的散热时间。激光发射器发出的扫描激光照射在光电转换电池上进行光电转换或激光发射器发出的扫描激光照射在光热转换电池上进行热电转换，扫描激光使转换电池每一处均受到激光照射，提高光电转换电池的效能和使用寿命，扫描激光不会出现长期的集中照射，对降低光电转换电池发热有益，扫描激光照射实现一台激光器对多个电池板照射，降低成本。激光发射器发出不同光强度的激光照射在光电转换电池上进行光电转换或照射在光热转换电池上进行热电转换，变强度激光照射主要用于与太阳光配合照射的光电转换，当太阳光照射能量大时，激光减少照射强度，太阳光照射能量小或无光照时，激光增大照射强度，保证光电转换电池转换能量的恒定。光电转换材料包括:单晶硅制造的光电转换材料或多晶硅制造的光电转换材料或非晶硅制造的光电转换材料或多元化合物制造的光电转换材料或薄膜制造的光电转换材料或砷化镓太阳能电池或硒化铟铜太阳能电池或碲化镉太阳能电池。由于不同光电转换材料的带隙不同，带隙不同的光电转换材料适用于不同的波长或不同能量的光子，中空电池内设置两层或者多层具有不同带隙的光电转换材料，带隙较高的光电转换材料设置在上层透光玻璃板上，吸收较高能量的光子，带隙较低的光电转换材料设置太阳能电池板上方，吸收较低能量的光子，中空电池不同带隙光电转换材料间的气体具有降低光电转换材料温度的功能，中空电池不同带隙光电转换材料间具有激发能量跃迁的气体，在光照时产生的电子跃迁能量传递给光电转换材料，提高光电转换材料的光电转换效能。光电转换电池制造成中空电池，中空电池表面采用透光玻璃板，中空电池腔内充满气体或液体或冷媒，气体或液体或冷媒下方是透光薄膜，透光薄膜下方是光电转换电池芯片，太阳能电池芯片下方是背板，中空电池腔侧面采用中空隔条密封，使用时，激光穿过透光玻璃板进入中空电池腔气体或液体或冷媒内，气体或液体或冷媒吸收激光热量，激光穿过透光薄膜照射在光电转换电池芯片上进行光电转换。中空电池腔内气体包括:空气、氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)、氮(N)、硫(S)、氧(O)原子气体,一氧化碳(CO)、氮气(N2)、二氧化碳(C02)。中空电池腔内液体包括:激光液态工作介质使用的有机化合物液体和无机化合物液体。光电转换电池或光热转换电池制造成中空电池，中空电池表面采用透光玻璃板，中空电池腔内充满气体或液体或冷媒，气体或液体或冷媒下方是透光薄膜，透光薄膜下方是太阳能电池芯片，太阳能电池芯片下方是防护背板，中空电池腔侧面采用带腔铝合金型材，使用时，激光穿过透光玻璃板进入中空电池腔气体或液体或冷媒，气体或液体或冷媒吸收激光能量和热量，泵从中空电池腔内将吸收激光热量的气体或液体或冷媒送入冷凝器和储藏罐和膨胀器膨胀冷却，冷却后气体或液体或冷媒再次送入中空电池腔内进行冷却循环。光电转换电池或光热转换电池上设温度传感器，温度传感器将光电转换电池或光热转换电池温度信息传递给信息处理中心，信息处理中心将执行信息发送到控制器，控制器控制激光发射器发出光量子强度和数量。激光照射光电转换方法:步骤1:激光发射器发射出的激光照射在光电转换电池上。步骤2:光电转换电池吸收激光光能量使电子获得能量产生跃迁，在电场作用下产生电流，进入电池或电网储存。激光照射热电转换方法:步骤1:激光发射器发射出的激光照射在半导体温差发电芯片上。步骤2:半导体温差芯片热端从照射激光获得热量，使半导体温差芯片形成温差，半导体温差发电芯片源源不断地输出电能。步骤3:半导体温差芯片冷端由气体或液体或冷媒制冷。
:下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。图1是具有本发明特征激光照射光电转换结构简图。图2是具有本发明特征的激光照射中空光电转换结构简图。图3是具有本发明特征激光照射中空冷媒降温光电转换结构图。图4是图3是冷媒循环运行结构图。图5是具有本发明特征激光照射中空电池双层不同带隙的光电转换材料结构简图。图6是具有本发明特征激光照射中空电池双层不同带隙冷媒降温光电转换结构图。图7是图6是冷媒循环运行结构图。
具体实施方式
:实施例1:激光照射光电转换装置结构简图如图1所示，其中:I是激光发射器，2是激光输出镜，3是激光,4是镀膜透光玻璃板,5是光电转换芯片,6是背板。使用时，激光发射器I通过激光输出镜2发出的间断激光或扫描激光3穿过镀膜透光玻璃板4表面，经过镀膜过滤后照射在光电转换芯片5上进行光电转换。实施例2:激光照射中空光电转换装置结构简图如图2所示，其中:7是激光发射器，8是激光输出镜，9是激光，10是透光玻璃板，11是中空隔条，12是透光膜，13是光电转换芯片，14是背板，15是氮气。使用时，激光发射器8通过激光输出镜2发出的间断激光或扫描激光9穿过透光玻璃板10进入氮气15内，氮气15吸收激光光子和热量后，部分电子由低能级跃迁到高能级，激光光子和氮气15跃迁高能级电子穿过透光膜12照射在光电转换芯片13上进行光电转换。实施例3:中空冷媒降温光电转换装置结构图如图3所示，图4是图3是冷媒循环运行结构图，其中:16是激光发射器，17是激光输出镜，18是激光，19是进风支架，20是进风支架光电转换电池板镶嵌槽，21是进风支架透光玻璃板镶嵌槽，22是进风通道，23是进风孔，24是排风支架，25是排风通道，26是排风支架光电转换电池板镶嵌槽，27是排风支架透光玻璃板镶嵌槽，28是排风孔,29是透光玻璃板,30是透光膜,31是光电转换电池芯片，32是光电转换电池背板，33是防水层，34是气体温度调节腔，35是气体冷媒，36是光电转换电池板镶嵌胶条，37是透光玻璃板镶嵌胶条，38是中空腔侧隔条，39是动力风主管道，40是动力风连接管，41是动力风端封堵，42是排风主管道，43是排风连接管，44是排风端封堵，45是涡旋式压缩机，46是输送连接管，47是冷凝器，48是冷凝器热输出管，49是半导体温差发电装置热端，50是P型N型半导体温差元件，51是半导体温差发电装置冷端，52是储存罐，53是膨胀阀，54是膨胀器。组装时，光电转换电池板四周用光电转换电池板镶嵌条36镶嵌，插入输入支架光电转换电池板镶嵌槽20内和输出支架光电转换电池板镶嵌槽26内和支架端密封板38镶嵌槽内，透光玻璃板29四周用透光玻璃板镶嵌条37镶嵌，插入输入支架透光玻璃板镶嵌槽21内和输出支架透光玻璃板镶嵌槽27内和支架端密封板38镶嵌槽内，光电转换电池板透光膜30和透光玻璃板29和输入支架19和输出支架24和支架端密封板38组合成气体冷媒腔34，进气连接管40 —端连接在进气管39上，另一端连接在输入支架腔22上，输入支架侧壁孔23与降温腔34连通，降温腔34另一端与输出支架侧壁孔28连通，出气连接管43 —端连接在输出支架腔25上，另一端连接在出气管42上，出气管42连接到涡旋式压缩机45上，涡旋式压缩机45输出端通过输送连接管46连接到冷凝器47上，冷凝器47热输出端通过冷凝器热输出管48与半导体温差发电装置热端49相连，P型N型半导体温差元件50 —端与半导体温差发电装置热端49相连，另一端与半导体温差发电装置冷端51相连，半导体温差发电装置冷端51与储存罐52相连，冷凝器47另一端与储存罐52相连，储存罐52通过输送连接管46与膨胀阀53相连，膨胀阀53通过输送连接管46与膨胀器54相连。
使用时，激光发射器16通过激光输出镜17发出的激光18穿过透光玻璃板29进入气体冷媒35内，气体冷媒35吸收激光18热量，激光18穿过气体冷媒35和透光膜30照射在光电转换芯片31上进行光电转换，吸收激光18热量气体冷媒35通过输出支架侧壁孔28进入输出支架腔25内，通过出气连接管43进入出气管42和进入涡旋式压缩机45压缩增压，增压后的空气冷媒35通过输送连接管46进入冷凝管47冷凝和释放热量，冷凝管47释放热量通过热输出管48与半导体温差发电装置热端49相连，P型N型半导体温差元件50—端与半导体温差发电装置热端49相连，另一端与半导体温差发电装置冷端51相连，半导体温差发电装置冷端51与储存罐52相连，在温差的作用下，P型N型半导体温差元件50产生电流发电，冷却后的空气冷媒35在压力持续作用下进入储存罐52，储存罐52内的空气冷媒35经膨胀阀53后进入膨胀器54，由于空气冷媒35在膨胀器54内压力骤然降低，空气冷媒35在此温度迅速降低进入进气管39，由进气管39 —侧通过进气连接管40进入到输入支架腔22内，通过输入支架侧壁孔23进入到降温腔34内，降温腔34内空气冷媒35再次吸收激光热量，进入下一个循环。实施例4:激光照射中空电池双层不同带隙的光电转换材料结构简图如图5所示，其中:55是激光发射器，56是激光输出镜,57是激光,58是透光玻璃板,59是透明导电氧化层,60是高带隙多晶硅光电转换薄膜，61是多晶硅光电转换保护膜，73是中透光玻璃板，61是中空隔条，62是低带隙组装CdSe量子点的ZnO层保护膜，63是低带隙组装CdSe量子点的ZnO层，64是背反电极层,65是背板,66是中空腔,67是氦气。使用时,激光发射器55通过激光输出镜56发出的扫描激光57穿过透光玻璃板58照射在高带隙多晶硅光电转换薄膜59上，高带隙多晶硅光电转换薄膜59将偏向短波的高能量光子吸收进行光电转换，偏向长波的低能量光子穿过透光玻璃板58和透明导电氧化层59和高带隙多晶硅光电转换薄膜60和氦气67照射在低带隙组装CdSe量子点的ZnO层63上，低带隙组装CdSe量子点的ZnO层63吸收偏向长波的低能量光子和氦气67经激光照射产生能量跃迁的光子进行光电转换，多晶硅光电转换保护膜60防护高带隙多晶硅光电转换薄膜退化，低带隙组装CdSe量子点的ZnO层保护膜62防护低带隙组装CdSe量子点的ZnO层63退化，氦气67具有降温和激光照射产生高能量光子的双重作用。实施例5:激光照射中空电池双层不同带隙冷媒降温光电转换结构图如图6所示，图4在本实施例中继续使用，编号不变，其中:68是激光发射器，69是激光输出镜，70是激光，71是进风支架，72是进风通道，73是进风孔，74是进风支架光电转换电池板镶嵌槽，75是进风支架透光玻璃板镶嵌槽，76是排风支架，77是排风通道，78是排风孔，79是排风支架光电转换电池板镶嵌槽，80是排风支架透光玻璃板镶嵌槽，81是透光玻璃板，82是透明导电氧化层，83是高带隙多晶硅光电转换薄膜，84是多晶硅光电转换保护膜，85是低带隙组装CdSe量子点的ZnO层保护膜，86是低带隙组装CdSe量子点的ZnO层，87是背反电极层，88是背板，89是防水层，90是中空腔，91是CO2气体冷媒，92是光电转换电池板镶嵌胶条，93是透光玻璃板镶嵌胶条，94是中空腔侧隔条，95是动力风主管道，96是动力风连接管，97是动力风端封堵，98是排风主管道，99是排风连接管，100是排风端封堵，101是涡旋式压缩机，102是输送连接管，103是冷凝器，104是冷凝器热输出管，105是半导体温差发电装置热端，106是P型N型半导体温差元件，107是半导体温差发电装置冷端，108是储存罐，109是膨胀阀，110是膨胀器。使用时，激光发射器68通过激光输出镜69发出的扫描激光70穿过透光玻璃板81照射在高带隙多晶硅光电转换薄膜83上，高带隙多晶硅光电转换薄膜83将偏向短波的高能量光子吸收进行光电转换，偏向长波的低能量光子穿过透光玻璃板81和高带隙多晶硅光电转换薄膜83和CO2气体冷媒91照射在低带隙组装CdSe量子点的ZnO层86上，低带隙组装CdSe量子点的ZnO层86吸收偏向长波的低能量光子进行光电转换，多晶硅光电转换保护膜84防护高带隙多晶硅光电转换薄膜退化，低带隙组装CdSe量子点的ZnO层保护膜85防护低带隙组装CdSe量子点的ZnO层86退化，CO2气体冷媒91吸收激光照射产生的热量，吸收热量气体冷媒91通过输出支架侧壁孔78进入输出支架腔77内，通过出气连接管99进入出气管98和进入涡旋式压缩机101压缩增压，增压后的CO2气体冷媒91通过输送连接管102进入冷凝器103冷凝和释放热量，冷凝管103释放热量通过热输出管104与半导体温差发电装置热端105相连，P型N型半导体温差元件106 —端与半导体温差发电装置热端105相连，另一端与半导体温差发电装置冷端107相连，半导体温差发电装置冷端107与储存罐108相连，在温差的作用下，P型N型半导体温差元件106产生电流发电，冷却后的CO2气体冷媒91在压力持续作用下进入储存罐108，储存罐108内的CO2气体冷媒91经膨胀阀109后进入膨胀器110，由于CO2气体冷媒91在膨胀器110内压力骤然降低，CO2气体冷媒91在此温度迅速降低进入进气管95，由进气管95 —侧通过进气连接管96进入到输入支架腔72内，通过输入支架侧壁孔73进入到降温腔90内，降温腔90内CO2气体冷媒91再次吸收激光热量，进入下一个循环。
权利要求
1.激光照射光电或光热转换装置包括:激光发射器，光学谐振腔，激励源，激光工作介质，光电转换电池或光热转换电池，其特征是:激光发射器发出的激光照射在光电转换电池上进行光电转换或激光发射器发出的激光照射在光热转换电池上进行热电转换。
2.如权力要求I所述的激光照射光电或光热转换装置，其特征是:激光发射器发出的激光照射在光电转换中空电池上，中空电池腔内充满空气或氦(He)或氖(Ne)或氩(Ar)或氪(Kr)或氙(Xe)或氯(Cl)或溴(Br)或碘⑴或氮(N)或硫⑶或一氧化碳(CO)或氮气(N2)或氧气(02)或二氧化碳(C02)气体。
3.如权力要求I所述的激光照射光电或光热转换装置，其特征是:中空电池透光面板表面镀金属及其氧化物薄膜或非金属及其氧化物薄膜或纳米涂层。
4.如权力要求I所述的激光照射光电或光热转换装置，其特征是:激光发射器发出的激光间断照射或扫描照射在光电转换电池上进行光电转换或激光发射器发出的激光间断照射或扫描照射在光热转换电池上进行热电转换。
5.如权力要求I所述的激光照射光电或光热转换装置，其特征是:激光发射器发出不同光强度的激光照射在光电转换电池上进行光电转换或照射在光热转换电池上进行热电转换。
6.如权力要求I所述的激光照射光电或光热转换装置，其特征是:中空电池内设置两层或者多层具有不同带隙的光电转换材料，带隙较高的光电转换材料设置在上层透光玻璃板上，吸收较高能量的光子，带隙较低的光电转换材料设置太阳能电池板上方，吸收较低能量的光子。
7.如权力要求I所述的激光照射光电或光热转换装置，其特征是:中空电池腔内气体或液体或冷媒通过连连接管与泵和冷凝器和储藏罐和膨胀器组成冷却循环系统。
8.如权力要求I所述的激光照 射光电或光热转换装置，其特征是:光电转换电池或光热转换电池上设温度传感器。
9.激光照射光电转换方法:步骤1:激光发射器发射出的激光照射在光电转换电池上。步骤2:光电转换电池吸收激光光能量使电子获得能量产生跃迁，在电场作用下产生电流，进入电池或电网储存。
10.激光照射热电转换方法:步骤1:激光发射器发射出的激光照射在半导体温差发电芯片上。步骤2:半导体温差芯片热端从照射激光获得热量，使半导体温差芯片形成温差，半导体温差发电芯片源源不断地输出电能。步骤3:半导体温差芯片冷端由气体或液体或冷媒制冷。
全文摘要
激光照射光电或光热转换装置包括激光发射器，光学谐振腔，激励源，激光工作介质，光电转换电池或光热转换电池，激光发射器发出的激光照射在光电转换电池上进行光电转换或激光发射器发出的激光照射在光热转换电池上进行热电转换。
文档编号H01L31/04GK103219919SQ20121001401
公开日2013年7月24日 申请日期2012年1月18日 优先权日2012年1月18日
发明者王广武 申请人:王广武