CN208508806U - 一种太阳能发电天线全波整流器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及太阳能转换技术，具体涉及一种太阳能发电天线全波整流器，包括与第一接收天线输出端电连接的金属层一和金属层三，与第二接收天线输出端电连接的金属层二和金属层四；置于金属层一和金属层二之间的第一直流输出金属电极，置于金属层三和金属层四之间的第二直流输出金属电极；设置于金属层一与第一直流输出金属电极之间的绝缘层一，设置于金属层三与第二直流输出金属电极之间的绝缘层三，设置于金属层二与第一直流输出金属电极之间的绝缘层二，设置于金属层四与第二直流输出金属电极之间的绝缘层四；金属层一和金属层三位于金属层二和金属层四正对面。该整流器，解决了天线与整流二极管的匹配问题，提高了太阳能转化效率。
Description
技术领域
本实用新型属于太阳能转换技术领域，尤其涉及一种太阳能发电天线全波整流器。
背景技术
基于太阳光粒子性原理的太阳能电池从诞生至今已经有50多年历史。目前，太阳能光伏发电已得到广泛的应用，但由于受到半导体材料禁带宽度的限制，太阳能光伏发电光电转化效率低，单节电池效率理论极限只有33％。这种电池不仅效率低，而且高成本居高不下，严重影响着太阳能光伏电池的进一步普及。
为了提高太阳能发电的效率，上世纪70年代，Bailey基于光的波动性原理，最早提出了基于天线接收的太阳能发电思想，并给出了基本模型。理论研究表明，这种太阳能发电效率可达93.3％的Landsberg(卡诺原理)极限，突破了太阳能光伏发电的效率极限和目前太阳能天线发电面临的困境。但直至目前为止，国内外至今还没有实用的天线太阳能发电装置。主要原因是，根据目前人们提出的一些设计方案，天线接收太阳能光并转化成电能后，其能量在传输过程损耗大、阻抗失配严重、整流效率低下和加工困难等问题一直没有有效解决。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种能减少能量传输损耗，实现阻抗失配，提高整流效率的整流器。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种太阳能发电天线全波整流器，包括与第一接收天线输出端1电连接的金属层一3和金属层三5，与第二接收天线输出端2电连接的金属层二4和金属层四6；置于金属层一3和金属层二4之间的第一直流输出金属电极11，置于金属层三5和金属层四6之间的第二直流输出金属电极12；设置于金属层一3与第一直流输出金属电极11之间的绝缘层一7，设置于金属层三5与第二直流输出金属电极12之间的绝缘层三9，设置于金属层二4与第一直流输出金属电极11之间的绝缘层二8，设置于金属层四6与第二直流输出金属电极12之间的绝缘层四10；金属层一3和金属层三5位于金属层二4和金属层四6正对面。
在上述的太阳能发电天线全波整流器中，金属层一3、金属层二4选取Au、 Pt、Al和Ag金属材料中的任意一种，金属层三5、金属层四6选取Al、Nb、 Ti和Ni金属材料中的任意一种；第一直流输出金属电极11、第二直流输出金属电极12选取Cu；绝缘层一7、绝缘层二8、绝缘层三9、绝缘层四10选取ZnO、 TiO2、Al2O3或NiO中的任意一种或两种。
在上述的太阳能发电天线全波整流器中，绝缘层一7、绝缘层二8、绝缘层三9、绝缘层四10的厚度小于5nm，与金属层一3、金属层二4、金属层三5、金属层四6的接触面积小于150nm2。
在上述的太阳能发电天线全波整流器中，绝缘层一7、绝缘层二8、绝缘层三9、绝缘层四10采用一层构成MIM隧穿二极管，或者绝缘层一7、绝缘层二 8、绝缘层三9、绝缘层四10均采用材料不同的左右两层构成MIIM隧穿二极管。
本实用新型的有益效果是：通过对天线和全波整流器进行一体化设计，天线与全波整流器无需传输线，天线感应的能量直接进行全波整流，并将转化的直流电输送到蓄电池(负载)。极大减少了能量转化和传输损耗，解决了天线与整流二极管的匹配问题，极大提高了太阳能能光电转化效率匹配，推动了太阳能天线发电的应用。太阳能发电整体效率可达50％以上。另外，本实用新型整流器所用材料都是普通材料，一般市场上容易购得，可降低商业化成本。
附图说明
图1为本实用新型一个实施例太阳能发电天线全波整流器工作原理图；
图2为本实用新型一个实施例太阳能发电天线全波整流器结构示意图；
其中，1-第一接收天线输出端、2-第二接收天线输出端、3-金属层一、4-金属层二、5-金属层三、6-金属层四、7-绝缘层一、8-绝缘层二、9-绝缘层三、10- 绝缘层四、11-第一直流输出金属电极、12-第二直流输出金属电极。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施方式进行详细描述。
为了突破目标天线太阳能发电的“瓶颈”，本实施例基于一体化设计思想，提出了一种太阳能发电天线全波整流器设计方案，使天线感应的能量不经过传输线，直接进行全波整流，并将转化的直流电输送到蓄电池(负载)。通过这种设计，可以有效地解决天线太阳能发电能量传输过程损耗大、阻抗失配严重和整流效率低等“致命”问题，太阳能发电整体效率可达50％以上。
本实施例全波整流器基于四个“金属层-绝缘层-金属层”型隧穿二极管原理构成桥式整流电路。具体方案如下，一种太阳能发电天线全波整流器，包括第一接收天线输出端1、第二接收天线输出端2、金属层一3、金属层二4、金属层三5、金属层四6、绝缘层一7、绝缘层二8、绝缘层三9、绝缘层四10和第一直流输出金属电极11、第二直流输出金属电极12；第一接收天线输出端1与金属层一3、金属层三5电连接，第二接收天线输出端2与金属层二4、金属层四6电连接；第一直流输出金属电极11置于金属层一3和金属层二4之间，第二直流输出金属电极12置于金属层三5和金属层四6之间；绝缘层一7设置于金属层一3与第一直流输出金属电极11之间，绝缘层三9设置于金属层三5与第二直流输出金属电极12之间，绝缘层二8设置于金属层二4与第一直流输出金属电极11之间，绝缘层四10设置于金属层四6与第二直流输出金属电极12 之间；金属层一3和金属层三5位于金属层二4和金属层四6正对面。
而且，金属层一3、金属层二4可选取Au、Pt、Al和Ag等金属材料中的任意一种；
而且，金属层三5、金属层四6可选取Al、Ni、Nb和Ti等金属材料中的任意一种；
而且，绝缘层一7、绝缘层二8、绝缘层三9、绝缘层四10的材料选择ZnO、 TiO2、Al2O3或NiO等氧化物中的任意一种或两种；绝缘层一7、绝缘层二8、绝缘层三9、绝缘层四10材料厚度小于5nm，整流器的绝缘层一7、绝缘层二8、绝缘层三9、绝缘层四10与金属层一3、金属层二4、金属层三5、金属层四6 的接触面积小于150nm2；
而且，第一直流输出金属电极11、第二直流输出金属电极12可选择Cu等金属导电材料。
并且，绝缘层一7、绝缘层二8、绝缘层三9、绝缘层四10可由一层绝缘层组成，构成MIM隧穿二极管。
为了二极管非对称性受金属材料功函数和绝缘层电子亲和势的限制，增加电子隧穿的概率、灵敏度与非对称性，提高天线感应电压，提高整流二极管的整流效果，可将绝缘层一7、绝缘层二8、绝缘层三9、绝缘层四10均采用材料不同的左右两层构成MIIM隧穿二极管。
具体实施时，如图1所示，本实施例一种太阳能发电天线全波整流器工作原理为：宽带天线接收的太阳能转换成光频射频能量，感应电压不经过传输线直接加在“金属-绝缘层-金属”隧穿二极管组成的桥式全波整流电路上，从而将光频电流整流成直流，并传输给电池或负载R。
如图2所示，一种太阳能发电天线全波整流器结构示意图：包括与第一接收天线输出端1彼此电接触的金属层一3与金属层三5、绝缘层一7、绝缘层三 9。与第二接收天线输出端2彼此电接触的金属层二4和金属层四6、绝缘层二 8、绝缘层四10。以及第一直流输出金属电极11、第二直流输出金属电极12。金属层一3、金属层三5与金属层二4、金属层四6正对；第一直流输出金属电极11置于金属层一3、金属层二4之间，第二直流输出金属电极12置于金属层三5、金属层6四之间。
金属层一3和金属层二4可选取Au；
金属层三5和金属层四6可选取Al；
如果采用MIM隧穿二极管模式，绝缘层一7、绝缘层二8、绝缘层三9、绝缘层四10为单层结构，绝缘层一7、绝缘层二8、绝缘层三9、绝缘层四10可选NiO；
第一直流输出金属电极11和第二直流输出金属电极12可选择金属Cu。
绝缘层一7、绝缘层二8、绝缘层三9、绝缘层四10材料厚度小于5nm，绝缘层一7、绝缘层二8、绝缘层三9、绝缘层四10与金属层一3、金属层二4、金属层三5、金属层四6的接触面积小于150nm2。
如果采用MIIM隧穿二极管模式，绝缘层一7、绝缘层二8、绝缘层三9、绝缘层四10材料可选用ZnO和Al2O3，构成左右双层隧穿二极管。
计算机仿真表明，考虑到整流器的效率，本实施例一种太阳能发电天线全波整流器太阳能发电整体效率大于50％。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
虽然以上结合附图描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本实用新型的原理和实质。本实用新型的范围仅由所附权利要求书限定。
Claims (4)
1.一种太阳能发电天线全波整流器，其特征是，包括与第一接收天线输出端(1)电连接的金属层一(3)和金属层三(5)，与第二接收天线输出端(2)电连接的金属层二(4)和金属层四(6)；置于金属层一(3)和金属层二(4)之间的第一直流输出金属电极(11)，置于金属层三(5)和金属层四(6)之间的第二直流输出金属电极(12)；设置于金属层一(3)与第一直流输出金属电极(11)之间的绝缘层一(7)，设置于金属层三(5)与第二直流输出金属电极(12)之间的绝缘层三(9)，设置于金属层二(4)与第一直流输出金属电极(11)之间的绝缘层二(8)，设置于金属层四(6)与第二直流输出金属电极(12)之间的绝缘层四(10)；金属层一(3)和金属层三(5)位于金属层二(4)和金属层四(6)正对面。
2.如权利要求1所述的太阳能发电天线全波整流器，其特征是，金属层一(3)、金属层二(4)选取Au、Pt、Al和Ag金属材料中的任意一种，金属层三(5)、金属层四(6)选取Al、Nb、Ti和Ni金属材料中的任意一种；第一直流输出金属电极(11)、第二直流输出金属电极(12)选取Cu；绝缘层一(7)、绝缘层二(8)、绝缘层三(9)、绝缘层四(10)选取ZnO、TiO2、Al2O3或NiO中的任意一种或两种。
3.如权利要求1所述的太阳能发电天线全波整流器，其特征是，绝缘层一(7)、绝缘层二(8)、绝缘层三(9)、绝缘层四(10)的厚度小于5nm，与金属层一(3)、金属层二(4)、金属层三(5)、金属层四(6)的接触面积小于150nm2。
4.如权利要求1所述的太阳能发电天线全波整流器，其特征是，绝缘层一(7)、绝缘层二(8)、绝缘层三(9)、绝缘层四(10)采用一层构成MIM隧穿二极管，或者绝缘层一(7)、绝缘层二(8)、绝缘层三(9)、绝缘层四(10) 均采用材料不同的左右两层构成MIIM隧穿二极管。
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