光伏納米發(fā)電機及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光伏納米發(fā)電機及其制造方法，光伏納米發(fā)電機包括基底、第一電極、鐵電納米線和第二電極，所述第一電極和第二電極設(shè)置與所述基底上，在該第一電極和第二電極之間的所述基底上橫向生長所述鐵電納米線。光伏納米發(fā)電機制造方法，包括如下步驟：a．制作基底，b．濺射將第一電極和第二電極，c．采用濕化學(xué)法生產(chǎn)鐵電納米線，再將該鐵電納米線陣列移植到所述基底1上，該鐵電納米線兩端位于所述第一電極和第二電極之間；d．封裝，測試合格后進行封裝。本發(fā)明的采用，研制的太陽光驅(qū)動的納米發(fā)電機，不僅可對航空航天等領(lǐng)域的納米器件長久持續(xù)供電，而且有助于推動系統(tǒng)的微型化、納米化。
【專利說明】光伏納米發(fā)電機及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米發(fā)電機【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說，尤其涉及一種光伏納米發(fā)電機及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為二十一世紀(jì)興起的一個重要的高新科技領(lǐng)域，納米技術(shù)正經(jīng)歷著前所未有的高速發(fā)展期。在完成大量新型納米材料制備的基礎(chǔ)上，各種與之相關(guān)的具有特殊功能的納米器件的研究正在成為納米科技發(fā)展新的推動力。由于系統(tǒng)的小型化要求相應(yīng)能源供給系統(tǒng)的微型化，因此，在一個復(fù)雜的納米系統(tǒng)中，單個器件的能源供給是至關(guān)重要的。從綠色、節(jié)能環(huán)保的角度考慮，理想的納米級供電裝置應(yīng)該是不依賴于外部充電能源、無毒、不產(chǎn)生污染且能連續(xù)供電的系統(tǒng)。這種自供電源的納米系統(tǒng)，無論是在生物、醫(yī)學(xué)、人類健康，還是在軍事、無線通信和無線傳感等方面都具有不可估量的價值。2006年，美國佐治亞理工學(xué)院王中林教授等成功地在納米尺度范圍內(nèi)將機械能轉(zhuǎn)換成電能，研制出世界上最小的發(fā)電機-納米發(fā)電機。該納米發(fā)電機的基本原理是:當(dāng)納米線在外力下動態(tài)拉伸時，納米線中生成壓電電勢，相應(yīng)瞬變電流在兩端流動以平衡費米能級，這種基于壓電效應(yīng)的納米發(fā)電機需外界提供機械力作用。眾所周知，太陽能是一種重要的可再生能源，具有資源豐富、分布廣泛、清潔干凈等優(yōu)點。太陽能的轉(zhuǎn)換利用有三種方式:光-熱轉(zhuǎn)換、光-電轉(zhuǎn)換和光-化學(xué)轉(zhuǎn)換。其中，光-電轉(zhuǎn)換(光伏發(fā)電)是太陽能轉(zhuǎn)換利用的最重要、最常用的方式。利用光生伏打效應(yīng)可制成光伏電池，從而將太陽的光能轉(zhuǎn)換成電能，目前制作太陽能電池的材料主要為S1、CdTe> GaAs等半導(dǎo)體,而應(yīng)用最廣泛、研究最深入的光伏電池材料是半導(dǎo)體娃。當(dāng)能量高于硅帶隙寬度的光照射到P-η結(jié)時，硅因吸收光子而產(chǎn)生電子-空穴對并被p-n結(jié)的內(nèi)建電場分離而形成電子和空穴，從而產(chǎn)生光生電壓(流)。但是這種光伏機制決定了硅光伏電池轉(zhuǎn)換效率的極限，其光生電壓較低。同時，要求硅的純度極高，導(dǎo)致電池價格奇聞。
[0003]基于以上，發(fā)明一種太陽光驅(qū)動的節(jié)能環(huán)保、輸出效率高、性能穩(wěn)定的納米發(fā)電機，不僅可對航空航天等領(lǐng)域的納米器件長久持續(xù)供電，而且有助于推動系統(tǒng)的微型化、納米化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種節(jié)能環(huán)保、輸出效率高、性能穩(wěn)定的光伏納米發(fā)電機及其制造方法。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明提供一種光伏納米發(fā)電機，包括基底、第一電極、鐵電納米線和第二電極，其要點是:所述第一電極和第二電極設(shè)置于所述基底上，在該第一電極和第二電極之間的所述基底上橫向生長所述鐵電納米線。采用以上結(jié)構(gòu)，由于太陽能是一種可再生能源，具有資源豐富、分布廣泛、清潔干凈等優(yōu)點，因此本發(fā)明利用太陽能的同時也解決了光伏發(fā)電的小型化等問題，同時，本發(fā)明還能夠形成串聯(lián)電路，從而顯著提高光伏性能。而現(xiàn)有的納米發(fā)電機基本上是利用半導(dǎo)體納米線的壓電效應(yīng)制作成的納米發(fā)電機，用于收集環(huán)境中各種來源的機械能，并將其轉(zhuǎn)化為電能，其結(jié)構(gòu)基本上是，包括基底、第一電極、氧化鋅納米線陣列、高分子絕緣層和第二電極，所述第一電極設(shè)置于基底上，所述氧化鋅納米線陣列垂直生長在第一電極層上，所述氧化鋅納米線陣列層上涂覆有所述高分子絕緣層，所述高分子絕緣層將所述氧化鋅納米線陣列包覆，第二電極設(shè)置于高分子絕緣層上，所述第一電極與第二電極為納米發(fā)電機的電壓和電流輸出極。這種納米發(fā)電機結(jié)構(gòu)由于氧化鋅納米線很薄，因此存在電極加工困難、極易短路等不足，而本發(fā)明在有效利用可再生能源的同時可避免電極加工困難、短路等問題。
[0006]所述第一電極和第二電極分別位于所述鐵電納米線的兩端部，如此能夠容易地實現(xiàn)串聯(lián)，從而顯著提高光伏性能。
[0007]一種光伏納米發(fā)電機制造方法，其特征在于包括如下步驟:
[0008]a.制作基底，在基片硅上制備一層絕緣層從而得到基底；
[0009]b.通過濺射或蒸發(fā)將第一電極和第二電極置于基底上，然后根據(jù)設(shè)計進行光刻，從而得到符合要求的電極；
[0010]c.采用濕化學(xué)法制備鐵電納米線，再將該鐵電納米線陣列移植到所述基底上，該鐵電納米線兩端位于所述第一電極和第二電極之間；
[0011]d.封裝，測試合格后進行封裝。
[0012]鐵電體則是一種新型的光伏電池材料，它具有反常光生伏打(APV)效應(yīng):均勻鐵電晶體在均勻光照下出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)短路光生電流或開路電壓的現(xiàn)象，其顯著特點在于:光伏電壓不受晶體禁帶寬度(Eg)的限制，可比Eg高2— 4個數(shù)量級。因此，這類材料的光電轉(zhuǎn)換效率可能很高。鐵電光伏材料已薄膜化，并取得了許多有價值的研究結(jié)果。但就實際應(yīng)用而言，鐵電納米線比鐵電薄膜更適于作光伏材料，主要理由是:(1)作為一維納米材料，納米線比薄膜更有利于器件的小型化、集成化。(2)納米線比薄膜更易單晶化，從而提高光伏性能。(3)納米線因具有亞波長尺度、大表面積等特點，其光吸收性能比薄膜更優(yōu)異。(4)低維鐵電材料中電疇尺寸通常為幾十納米，而納米線具有方向性好、長徑比大等特點，因此長度達微米級的納米線中的上百個電疇(隨著納米線長度增加會更多)可形成串聯(lián)電路，使其光生電壓比薄膜材料高得多。
[0013]步驟b中在將鐵電納米線移植到所述基底上后，再進行加熱，從而增加鐵電納米線的附著力，這樣能夠大大提高納米發(fā)電機的使用壽命。
[0014]步驟b中鐵電納米線由若干個電疇串聯(lián)而成，由于電疇之間存在不同的角度，故而增加一個場，使得所有的電疇徑向排列。增加一個電場或者磁場，能夠使鐵電納米線中的所有電疇沿同一方向排列，從而使得光伏效果更好。
[0015]所述鐵電納米線為單晶納米材料，從而提高光伏性能。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的采用，太陽能是一種取之不盡的可再生能源，研制的太陽光驅(qū)動的納米發(fā)電機，不僅可對航空航天等領(lǐng)域的納米器件長久持續(xù)供電，而且有助于推動系統(tǒng)的微型化、納米化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為光伏納米發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖；[0018]圖2為光伏納米發(fā)電機制造方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明:
[0020]如圖1所示的一種光伏納米發(fā)電機，包括基底1、第一電極2、鐵電納米線3和第二電極4，所述第一電極2和第二電極4設(shè)置與所述基底I上，在該第一電極2和第二電極4之間的所述基底I上橫向生長所述鐵電納米線3，所述第一電極2和第二電極4分別位于所述鐵電納米線3的兩端部。
[0021]如圖2所示:一種光伏納米發(fā)電機制造方法，其特征在于包括如下步驟:
[0022]a.制作基底I，在基片硅上制備一層絕緣層從而得到基底I ;
[0023]b.通過濺射或蒸發(fā)將第一電極2和第二電極4置于基底I上，然后根據(jù)設(shè)計進行光刻，從而得到符合要求的電極；
[0024]c.采用濕化學(xué)法制備鐵電納米線3，再將該鐵電納米線陣列3移植到所述基底I上，該鐵電納米線3兩端位于所述第一電極2和第二電極4之間；在將鐵電納米線3移植到所述基底I上后，為了使鐵電納米線3與所述第一電極2和第二電極4很好地接觸，對設(shè)置有鐵電納米線3、第一電極2和第二電極4的基底I進行加熱，從而增加鐵電納米線3的附著力；由于鐵電納米線3由若干個電疇串聯(lián)而成，由于電疇之間存在不同的角度，故而增加一個電場或者磁場，使得所有的電疇徑向排列，從而使本發(fā)明的光伏效果更好；
[0025]d.封裝，測試合格后進行封裝。
[0026]以上鐵電納米線3為單晶納米材料。
【權(quán)利要求】
1.一種光伏納米發(fā)電機，包括基底(I)、第一電極(2)、鐵電納米線(3)和第二電極(4)，其特征在于:所述第一電極(2)和第二電極(4)設(shè)置于所述基底(I)上，在該第一電極(2)和第二電極(4)之間的所述基底(I)上橫向生長所述鐵電納米線(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏納米發(fā)電機，其特征在于:所述第一電極(2)和第二電極(4)分別位于所述鐵電納米線(3)的兩端部。
3.一種光伏納米發(fā)電機制造方法，其特征在于包括如下步驟: a.制作基底(1)，在基片硅上制備一層絕緣層從而得到基底(I)； b.通過濺射或蒸發(fā)方法將第一電極(2)和第二電極(4)置于基底(I)上，然后根據(jù)設(shè)計進行光刻，從而得到符合要求的電極； c.采用濕化學(xué)法制備鐵電納米線(3)，再將該鐵電納米線(3 )移植到所述基底(I)上，該鐵電納米線(3)兩端分別與所述第一電極(2)和第二電極(4)相連接； d.封裝，測試合格后進行封裝。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光伏納米發(fā)電機制造方法，其特征在于:步驟b中在將鐵電納米線(3 )移植到所述基底(I)上后，再進行加熱，從而增加鐵電納米線(3 )的附著力。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光伏納米發(fā)電機制造方法，其特征在于:步驟b中鐵電納米線(3)由若干個電疇串聯(lián)而成，由于電疇之間存在不同的角度，故而增加一個場，使得所有的電疇徑向排列。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光伏納米發(fā)電機制造方法，其特征在于:所述鐵電納米線(3)為單晶納米材料。
【文檔編號】H01L31/04GK103681907SQ201310690635
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】符春林, 蔡葦 申請人:重慶科技學(xué)院