[发明专利]一种半导体直流变压器

说明书

技术领域

本发明涉及电流电压变压领域，特别涉及一种半导体直流变压器。

背景技术

传统的电力系统采用的绝大多数是交流电的传输形式，主要原因是因为交流变压的方便性，采用电磁场作为能量传输介质，利用电磁感应原理通过不同匝数的主次级线圈之间的耦合实现变压，尤其是低压升到高压。而直流电在传输损耗，电网稳定度，线路造价方面相对于交流电都有着极其巨大的优势，只是在直流变压，尤其是直流升压方面一直没有简便高效的升压技术和器件，并且随着技术的发展，太阳能电池，燃料电池等直接产生直流电的发电技术所占比例越来越大，另一方面，需要采用直流电的用电设备也越来越多，如LED灯泡，OLED，LED电视和显示屏以及诸多其他的家用电子产品大多使用的也是直流电。现有的技术主要的是采用“直流发电-直流交流转换-交流变压-交流高压输送-交流变压-交流直流转换-直流应用”的做法，该方法具有如下缺点：

1、所需的装置复杂，元件众多，体积较大，成本较高；

2、在各环节均有不同程度的能量损失，例如变电损失、变流损失、传输损失、用户端再转化为直流的驱动损失等等，能量传输总效率不高；

3、交流高压输送的过程中，不同发电系统之间的交流相位难以完全同步，整个电网的稳定性较差。

相比之下，“直流发电-直流变压-直流高压输送-直流变压-直流应用”的方案更为简单稳定可靠、能量损耗耗更少。为使直流发电输电得到普遍应用，发展直流变压技术和研制直流变压器件是亟待解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是提出一种结构半导体直流变压器。

本发明提供一种半导体直流变压器，包括：衬底层；形成在所述衬底层之上的多个串联的半导体电光转换结构，用于将输入电能转换为光能；和形成在所述衬底层之上的多个串联的半导体光电转换结构，用于将所述光能转换为输出电能，其中，所述半导体光电转换结构的数目与所述半导体电光转换结构的数目不同以实现直流变压，且所述半导体电光转换结构与所述半导体光电转换结构的工作光线匹配。

本发明提供的半导体直流变压器，通过在半导体直流变压器的输入端设置电光转换层，利用半导体电子能级间跃迁产生的光辐射，将直流电转换为光进行传输，在输出端设置光电转换层以将光转化为直流电输出，输入端与输出端单位单元的电压分别取决于其电光转换结构中的电光转换层和光电转换结构中的光电转换层材料的特性参数，在输入端和输出端分别采用不同数量的电光转换结构和光电转换结构串联，利用电光转换结构和光电转换结构的数目比实现直流电压的变压。该半导体直流变压器还具有耐高压，无电磁辐射，无线圈结构，安全可靠，体积小，寿命长，重量轻，安装维护方便等优点。

根据本发明一个实施例的半导体直流变压器，所述多个半导体光电转换结构具有光电转换层，所述多个半导体电光转换结构具有电光转换层，其中，所述多个半导体光电转换结构和多个半导体电光转换结构之间填充有绝缘透明介质。

根据本发明一个实施例的半导体直流变压器，所述半导体电光转换结构包括发光二极管、谐振发光二极管或激光二极管。

根据本发明一个实施例的半导体直流变压器，所述半导体光电转换结构为具有背接触或埋接触的单面引出电极结构的光电池。

根据本发明一个实施例的半导体直流变压器，所述半导体电光转换结构或所述半导体光电转换结构包括多个并联的半导体电光转换子单元或多个并联的半导体光电转换子单元。

根据本发明一个实施例的半导体直流变压器，还包括：位于所述电光转换层顶部的第一接触层、位于所述电光转换层底部的第二接触层、位于所述光电转换层顶部的第三接触层，以及位于所述光电转换层底部的第四接触层，其中，所述第二接触层与第四接触层对所述电光转换层发出的工作光线透明。

根据本发明一个实施例的半导体直流变压器，所述第二接触层与第四接触层为重掺半导体材料、透明导电氧化物、石墨烯中的一种及其组合。

根据本发明一个实施例的半导体直流变压器，所述衬底层底部具有三角形反射结构。

根据本发明一个实施例的半导体直流变压器，还包括：位于所述电光转换层和所述光电转换层的顶部的反射层；位于所述电光转换层和所述光电转换层的底部的反射层。

根据本发明一个实施例的半导体直流变压器，还包括：分别形成在所述电光转换层两侧的第五接触层和形成在所述光电转换层两侧的第六接触层。