CN101399292A - 一种用于光伏发电的高温热辐射集成器件 - Google Patents
一种用于光伏发电的高温热辐射集成器件 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101399292A CN101399292A CNA2008102264916A CN200810226491A CN101399292A CN 101399292 A CN101399292 A CN 101399292A CN A2008102264916 A CNA2008102264916 A CN A2008102264916A CN 200810226491 A CN200810226491 A CN 200810226491A CN 101399292 A CN101399292 A CN 101399292A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- integrated device
- high temperature
- temperature heat
- heat radiation
- titanium
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims abstract description 35
- 230000005611 electricity Effects 0.000 title 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 10
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910017083 AlN Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 14
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 10
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 9
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 8
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 8
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 8
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 6
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 7
- 238000010248 power generation Methods 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 4
- UTSDGYKWHMMTDM-UHFFFAOYSA-N alumane;tungsten Chemical compound [AlH3].[W] UTSDGYKWHMMTDM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- ZXTFQUMXDQLMBY-UHFFFAOYSA-N alumane;molybdenum Chemical compound [AlH3].[Mo] ZXTFQUMXDQLMBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 229910005542 GaSb Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005622 photoelectricity Effects 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/52—PV systems with concentrators
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明属于高温太阳能热利用领域，特别涉及一种用于光伏发电的高温热辐射集成器件。太阳能集热表面和热辐射表面分别为基片的两个表面，通过集热表面收集太阳能辐射并将其转换成热能，通过热辐射表面将热能转换成光伏电池所需要的光谱。本发明的优点在于将太阳能的宽光谱辐射高效率的转换为窄光谱辐射，而这种窄光谱辐射能量正好对应于红外光伏电池的响应范围，从而使太阳能发电具有较高的光电转换效率。
Description
技术领域
本发明属于高温太阳能热利用领域，特别涉及一种用于光伏发电的高温热辐射集成器件。
背景技术
太阳能利用技术包括光热和光电两种，光热利用的核心器件是太阳能集热器为代表，光电利用的核心器件是太阳能光伏电池。目前，太阳能光伏电池的主要问题是光电转换效率低、发电成本高。
太阳能电池是基于半导体材料的光生伏特效应工作的，其转换效率，从根本上来说，是受限于太阳光谱和光电池响应范围的匹配程度。太阳光谱的波长范围为0.3～3μm，涉及紫外线、可见光到近红外线，而太阳能电池常用的半导体材料，如Si，GaAs等，其禁带宽度Eg是基本固定的。
在太阳光直接照射的情况下，光伏器件只能利用其部分的辐射能量，即使是在内量子效率为1，不考虑非辐射复合的理想情况下，太阳能电池的光伏转换也包括以下两部分能量损失：(1)能量小于半导体禁带宽度的光子(hν<Eg)，半导体材料对这部分光子透明，不能吸收其能量；(2)能量大于半导体禁带宽度的光子(hν>Eg)，半导体材料只能吸收部分的能量(Eg)，而多余的能量(hν-Eg)被声子吸收产生热能。根据Shockley and Queisser(SQ)模型，传统的单p-n结太阳能电池的理想转换效率在40％左右，而实际生产的单p-n结光伏电池转换效率最高在20％左右。
为提高太阳光谱与光电池响应范围的匹配程度，目前人们常用的方法是拓宽光电池的响应范围，如多结级联、中间能带等方法，目前取得了一定的进展，但制作成本仍比较高。
发明内容
本发明针对太阳光谱与光电池相应范围的匹配程度差的问题，提供一种用于光伏发电的高温热辐射集成器件，其特征在于：基底1的两个表面分别设置太阳能集热表面2和热辐射表面3；所述集成器件通过太阳能集热表面2收集太阳能辐射并将其转换成热能，通过热辐射表面3将热能转换成光伏电池的光谱。
所述基底1采用的材料为碳、钼、钨、钛、锆、铪、钽、铌或铂中的一种或几种，工作温度范围1000～2000K。
所述热辐射表面3采用二维周期性结构，其周期范围为100～10000纳米。
所述热辐射表面3采用的材料为碳、钼、钨、钛、锆、铪、钽、铌、铂、氮化钛、氮化硅、氮化铝、氧化钛、氧化硅或氧化铝中的一种或几种，其厚度范围为10～1000纳米。
所述的太阳能集热表面2采用选择性吸收薄膜，所述的选择性吸收薄膜包括金属红外反射层、金属-介质吸收层和介质增透层。
所述金属红外反射层采用的材料为钼、钨、钛、锆、铪、钽、铌或铂中的一种或几种，厚度范围为10～10000纳米。
所述金属-介质吸收层采用的材料为钼、钨、钛、锆、铪、钽、铌、铂、氮化钛、氮化硅、氮化铝、氧化钛、氧化硅或氧化铝中的一种或几种，厚度范围为10～1000纳米。
所述介质增透层采用的材料为氮化钛、氮化硅、氮化铝、氧化钛或氧化硅、氧化铝中的一种或几种，厚度范围为10～1000纳米。
本发明的有益效果为：将太阳能的宽光谱辐射高效率的转换为窄光谱辐射，而这种窄光谱辐射能量正好对应于红外光伏电池(如GaSb基光伏电池)的响应范围，从而使太阳能发电具有较高的光电转换效率。
附图说明
图1为本发明所述集成器件的结构示意图。
图中标号：
1-基底；2-太阳能集热表面；3-热辐射表面。
具体实施方式
本发明提供了一种用于光伏发电的高温热辐射集成器件，下面通过附图说明和具体实施方式对本发明作进一步说明：
实施例1
基底1采用表面抛光的钨片。首先采用溅射、光刻、刻蚀交替进行的方法，制作多层二维周期性热辐射表面3：溅射厚度为200纳米的SiO2薄膜，光刻产生周期为1.5微米、空隙宽度为1微米、厚度为500纳米的二维周期性光刻胶掩模，CF4干法刻蚀形成SiO2的二维周期性结构，溅射厚度为500纳米的钨薄膜，通过抛光的方法使其平坦化；以上步骤循环8次。然后采用磁控溅射的方法，在基底1的另一个表面制作太阳能集热表面2：红外反射层采用钨基底，金属-介质吸收层为依次溅射的两层钨-氮化铝混合薄膜，其中靠近基底1的钨-氮化铝混合薄膜层的钨含量高，金属体积比为0.56，厚度为73纳米；远离基底1的钨-氮化铝混合薄膜层的钨含量低，金属体积比为0.31，厚度为55纳米；然后溅射一层氧化铝薄膜作为介质增透层，厚度为83纳米。该器件在1000K条件下真空工作时，辐射波段为1.4～1.9微米。
实施例2
基底1采用表面抛光的钼片。首先采用溅射、光刻、刻蚀的方法，制作三维周期性热辐射表面3：交替溅射8个周期厚度为100纳米的氮化铝和厚度为50纳米的钼薄膜，光刻产生周期为2微米、空隙宽度为1微米、厚度为2微米的二维周期性光刻胶掩模，SF6干法刻蚀产生氮化铝和钼的二维周期性结构；然后采用磁控溅射的方法，在钼片的另一个表面制作太阳能集热表面2：红外反射层为抛光的钼基底，依次溅射两层钼-氮化铝混合薄膜作为金属-介质吸收层，其中靠近基底1的钼-氮化铝混合薄膜层的钼含量高，金属体积比为0.53，厚度为65纳米；远离基底1的钼-氮化铝混合薄膜层的钼含量低，金属体积比为0.34，厚度为55纳米；然后溅射一层氧化铝薄膜作为增透层，厚度80纳米。该器件在1000K条件下真空工作时，辐射波段为1.3～1.7微米。
Claims (8)
1.一种用于光伏发电的高温热辐射集成器件，其特征在于：基底(1)的两个表面分别设置太阳能集热表面(2)和热辐射表面(3)；所述集成器件通过太阳能集热表面(2)收集太阳能辐射并将其转换成热能，通过热辐射表面(3)将热能转换成光伏电池的光谱。
2.根据权利要求1所述的一种用于光伏发电的高温热辐射集成器件，其特征在于：所述基底(1)采用的材料为碳、钼、钨、钛、锆、铪、钽、铌或铂中的一种或几种，工作温度范围1000～2000K。
3.根据权利要求1所述的一种用于光伏发电的高温热辐射集成器件，其特征在于：所述热辐射表面(3)采用二维周期性结构，其周期范围为100～10000纳米。
4.根据权利要求1所述的一种用于光伏发电的高温热辐射集成器件，其特征在于：所述热辐射表面(3)采用的材料为碳、钼、钨、钛、锆、铪、钽、铌、铂、氮化钛、氮化硅、氮化铝、氧化钛、氧化硅或氧化铝中的一种或几种，其厚度范围为10～1000纳米。
5.根据权利要求1所述的一种用于光伏发电的高温热辐射集成器件，其特征在于：所述的太阳能集热表面(2)采用选择性吸收薄膜，所述的选择性吸收薄膜包括金属红外反射层、金属-介质吸收层和介质增透层。
6.根据权利要求5所述的一种用于光伏发电的高温热辐射集成器件，其特征在于：所述金属红外反射层采用的材料为钼、钨、钛、锆、铪、钽、铌或铂中的一种或几种，厚度范围为10～10000纳米。
7.根据权利要求5所述的一种用于光伏发电的高温热辐射集成器件，其特征在于：所述金属-介质吸收层采用的材料为钼、钨、钛、锆、铪、钽、铌、铂、氮化钛、氮化硅、氮化铝、氧化钛、氧化硅或氧化铝中的一种或几种，厚度范围为10～1000纳米。
8.根据权利要求5所述的一种用于光伏发电的高温热辐射集成器件，其特征在于：所述介质增透层采用的材料为氮化钛、氮化硅、氮化铝、氧化钛或氧化硅、氧化铝中的一种或几种，厚度范围为10～1000纳米。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008102264916A CN101399292B (zh) | 2008-11-12 | 2008-11-12 | 一种用于光伏发电的高温热辐射集成器件 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008102264916A CN101399292B (zh) | 2008-11-12 | 2008-11-12 | 一种用于光伏发电的高温热辐射集成器件 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101399292A true CN101399292A (zh) | 2009-04-01 |
| CN101399292B CN101399292B (zh) | 2011-12-07 |
Family
ID=40517688
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2008102264916A Expired - Fee Related CN101399292B (zh) | 2008-11-12 | 2008-11-12 | 一种用于光伏发电的高温热辐射集成器件 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101399292B (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105790680A (zh) * | 2016-03-10 | 2016-07-20 | 苏州大学 | 一种热光伏发电装置 |
| CN107482994A (zh) * | 2017-08-22 | 2017-12-15 | 郑义 | 一种用于热光伏系统的选择性热发射器 |
| CN107834951A (zh) * | 2017-11-24 | 2018-03-23 | 北京实力源科技开发有限责任公司 | 一种热辐射源选择性透过的热电转换系统及阵列 |
| CN107863920A (zh) * | 2017-11-24 | 2018-03-30 | 北京实力源科技开发有限责任公司 | 一种波段辐射储能发电系统及阵列 |
| CN113364394A (zh) * | 2021-06-02 | 2021-09-07 | 中北大学 | 一种热辐射能量转换的热光伏装置及应用的生产线防护段 |
| CN114189198A (zh) * | 2021-12-01 | 2022-03-15 | 上海交通大学 | 一种应用于热光伏系统的超表面选择性辐射器及其制备方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1157800C (zh) * | 2001-10-17 | 2004-07-14 | 陈钟谋 | 微型高效宽光谱换能器及其制备方法 |
| CN1869542A (zh) * | 2006-06-15 | 2006-11-29 | 许洪文 | 一种全息光栅太阳能发电集热装置 |
| CN101169283A (zh) * | 2006-10-24 | 2008-04-30 | 施国梁 | 具有透过体界面的太阳能建筑 |
-
2008
- 2008-11-12 CN CN2008102264916A patent/CN101399292B/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105790680A (zh) * | 2016-03-10 | 2016-07-20 | 苏州大学 | 一种热光伏发电装置 |
| CN107482994A (zh) * | 2017-08-22 | 2017-12-15 | 郑义 | 一种用于热光伏系统的选择性热发射器 |
| CN107834951A (zh) * | 2017-11-24 | 2018-03-23 | 北京实力源科技开发有限责任公司 | 一种热辐射源选择性透过的热电转换系统及阵列 |
| CN107863920A (zh) * | 2017-11-24 | 2018-03-30 | 北京实力源科技开发有限责任公司 | 一种波段辐射储能发电系统及阵列 |
| CN113364394A (zh) * | 2021-06-02 | 2021-09-07 | 中北大学 | 一种热辐射能量转换的热光伏装置及应用的生产线防护段 |
| CN113364394B (zh) * | 2021-06-02 | 2023-01-03 | 中北大学 | 一种热辐射能量转换的热光伏装置应用的生产线防护段 |
| CN114189198A (zh) * | 2021-12-01 | 2022-03-15 | 上海交通大学 | 一种应用于热光伏系统的超表面选择性辐射器及其制备方法 |
| CN114189198B (zh) * | 2021-12-01 | 2024-04-12 | 上海交通大学 | 一种应用于热光伏系统的超表面选择性辐射器及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101399292B (zh) | 2011-12-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101399292B (zh) | 一种用于光伏发电的高温热辐射集成器件 | |
| KR101220304B1 (ko) | 태양전지용 상향변환 산화물 형광체 조성물 및 이를 이용한 고효율 태양전지의 제조방법 | |
| TWI420679B (zh) | 太陽能電池 | |
| CN108599622B (zh) | 一种吸收太阳能的温差发电装置 | |
| CN105957915B (zh) | 一种耐高温的太阳能光谱选择性吸收与辐射结构 | |
| CN202018969U (zh) | 一种同时进行光电转换和热电转换的太阳能电池 | |
| CN103258909B (zh) | 薄膜电池的制作方法以及薄膜电池 | |
| CN102169195A (zh) | 纳米减反薄膜或增透膜以及光学或光电器件的制备方法 | |
| Tong et al. | Plasmonic-enhanced Si Schottky barrier solar cells | |
| CN101692464B (zh) | 一种具有纳米棒阵列光耦合元的叠层太阳电池 | |
| CN102403376A (zh) | 含有硅量子点的n-i-p异质结太阳能电池及其制备方法 | |
| CN102364691A (zh) | 具有上/下转换发光结构的晶体硅太阳能电池及制备方法 | |
| CN107170869A (zh) | 一种兼顾光热协同管理的半导体器件 | |
| US20080041443A1 (en) | Thinned solar cell | |
| Zhang et al. | Development of inorganic solar cells by nano-technology | |
| CN102544177A (zh) | 用于太阳电池的等离子体激元增强上转换器及其制备方法 | |
| CN102582150B (zh) | 一种太阳能选择性吸收膜系及其制备方法 | |
| CN206259371U (zh) | 一种多孔硅太阳能电池组件 | |
| Jamil et al. | Surface plasmon enhanced ultrathin Cu 2 ZnSnS 4/crystalline-Si tandem solar cells | |
| CN107171632A (zh) | 基于半透明钙钛矿电池、热电器件的太阳能发电装置 | |
| CN107171633A (zh) | 一种太阳能分频复合发电装置 | |
| CN102734961A (zh) | 一种太阳能中高温选择性吸收涂层 | |
| CN107316914B (zh) | 一种通过与太空进行辐射换热实现聚光光伏电池冷却的系统 | |
| CN110034720A (zh) | 一种反射式聚热光热光伏发电组合能源利用系统及方法 | |
| CN101521248B (zh) | 硅基高效双结太阳能电池的制造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20111207 Termination date: 20211112 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |