CN104485887B - 基于半导体制冷技术的敏化太阳电池低温恒温测试平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于半导体制冷技术的敏化太阳电池低温恒温测试平台，用以测试敏化太阳电池在恒定低温状态下的性能，采用直流供电系统为半导体制冷片进行供电，通过一体化水冷散热器对制热端进行散热，保证制冷端有良好的制冷效果，本发明核心制冷部分是半导体制冷片，将半导体制冷片的制冷端朝外，制热端置于一体化水冷散热器的水冷头表面，水冷头吸收半导体制冷片制热端产生的热量，并通过内置水冷液将热量传输给散热片。本发明具有如下优点：制冷速度快，易于控制，可以容易做到精确控温；特有的真空密封保温箱以及遮光板，在保温的条件下可以尽可能的减小测试时带来的各种误差；体积小，成本低，适合实验室等科研场合使用。
Description
技术领域
本发明属于半导体制冷技术领域，涉及一种基于半导体制冷技术的敏化太阳电池低温恒温测试平台，主要应用于染料敏化太阳、钙钛矿型太阳电池、薄膜太阳电池等新型敏化太阳电池在指定温度状态下宏微观性能测试。
技术背景
染料敏化太阳电池由瑞士洛桑高等理工学院Michael Grätzel教授于1991年取得突破性进展以来，以其独特的夹层结构设计、相对低廉的成本、简单的制作过程、特殊的光电转换原理以及良好的透光性，引起人们的广泛关注。敏化太阳电池中最新发现的钙钛矿型太阳电池不仅能大幅度降低太阳电池的使用成本，还可提高敏化电池的光电转换效率，专家预测该种太阳电池的光电转换效率可达到30%，具有很强的市场潜力。为了解太阳电池在各种气温条件下的工作性能，需要在各种温度下对电池进行宏微观性能测试。目前来说敏化太阳电池的低温测试方法有：
1.将太阳电池放置在液氮低温恒温器内进行测试。这种方法的缺点是设备成本高，测试需要消耗液氮，性价比低。
2.将敏化太阳电池置于冰冻的酒精内进行测试。这种方法缺点是冰冻酒精会影响入射光的射入，造成误差，而且无法做到精确测温与控温。
因此，为解决以上两种方法所存在的弊端，发明了一种基于半导体制冷技术的敏化太阳电池低温恒温测试平台。半导体制冷又称电子制冷，或者温差电制冷，它利用特种半导体材料构成的P-N结，形成热电偶对，产生珀尔帖效应，即通过直流电制冷的一种新型制冷方法，与压缩式制冷和吸收式制冷并称为世界三大制冷方式。半导体制冷无机械传动部分，工作中无噪音，无液、气工作介质，因而不污染环境，制冷参数不受空间方向以及重力影响，在大的机械过载条件下，能够正常地工作;通过调节工作电流的大小，可方便调节制冷速率；通过切换电流方向，可使制冷器从制冷状态转变为制热工作状态；作用速度快，使用寿命长，且易于控制。 本发明采用半导体制冷技术，不仅减小了设备的制造成本与体积，并且可以在恒温、高透光性的空间内对电池进行宏微观性能测试，减小仪器本身在电池测试过程中导致的各种误差影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于半导体制冷技术的敏化太阳电池低温恒温测试平台，用以测试敏化太阳电池在恒定低温状态下的性能。采用半导体制冷技术，制冷速度快，易于控制，可以容易做到精确控温。
本发明是这样来实现的，基于半导体制冷技术的敏化太阳电池低温恒温测试平台，它包括：真空密封保温箱，活动门，真空阀门，隔热垫圈，半导体制冷片，测试用接线柱，温度传感器，供电用接线柱，一体化水冷散热器水冷头，散热片，第一水冷软管，第二水冷软管，恒温控制器，第一石英玻璃，第二石英玻璃和遮光板；其特征在于：所述半导体制冷片的制冷端朝外，制热端置于一体化水冷散热器水冷头的表面固定；所述一体化水冷散热器水冷头上设有测试用接线柱和供电用接线柱，温度传感器通过供电用接线柱内置通路连接至恒温控制器；所述一体化水冷散热器水冷头通过第一水冷软管以及第二水冷软管与散热片连接；所述半导体制冷片周围覆有一层黑色的隔热垫圈；其半导体制冷片制冷端上方安装有一个真空密封保温箱，真空密封保温箱上下两面开有透光孔并覆盖第一石英玻璃和第二石英玻璃，第一石英玻璃上覆盖有遮光板，真空密封保温箱正面装有可开启的活动门，活动门上装有一个真空阀门。
进一步的，所述散热片上设有散热片电源线，所述一体化水冷散热器水冷头设有一体化水冷器电源线，所述恒温控制器上设有恒温控制器电源线。
进一步的，所述测试平台一体化水冷散热器水冷头上设有四个接线柱，二个测试用接线柱和二个供电用接线柱，其中测试用接线柱与为半导体制冷片供电的供电用接线柱。
进一步的，所述测试平台真空密封保温箱上有光通路，且光通路的透光面积可选择。
进一步的，所述测试平台真空密封保温箱内壁均贴有黑色保温材料。
进一步的，所述测试平台采用恒温控制器以设定、显示、控制真空密封保温箱内的温度。
进一步的，所述真空密封保温箱用密封胶条与一体化水冷散热器水冷头连接。
进一步的，所述的真空密封保温箱上设有光通路，且光通路的透光面积可选择。
本发明核心制冷部分是半导体制冷片，将半导体制冷片的制冷端朝外，制热端置于一体化水冷散热器的水冷头表面，水冷头吸收半导体制冷片制热端产生的热量，并通过内置水冷液将热量传输给散热片，散热片通过风扇进行风冷散热。散热器水冷头上设有四个接线柱，分别用以连接测试电池以及为半导体制冷片供电的线路，其中测试用接线柱可与太阳电池测试设备相连。温度传感器通过供电用接线柱内置通路连接至恒温控制器，用以测试真空密封箱内温度。在制冷片周围覆有一层黑色的隔热垫圈，用以隔绝制冷端与制热端的温度传递。在制冷器的上方安装有一个真空密封保温箱，为测试电池制造一个真空恒温的环境。该真空密封保温箱上下两面开有透光孔并覆盖石英玻璃，作为测试光线的通路；光线入射一侧的石英玻璃上覆盖有可调节透光面积的遮光板，可以根据需要选择透光面积的大小；真空密封保温箱正面装有可开启的活动门，活动门上装有一个真空阀门，用以将真空密封保温箱内抽成真空环境，防止凝露结霜。
本发明其采用直流供电系统为半导体制冷片进行供电，通过一体化水冷散热器对制热端进行散热，保证制冷端有良好的制冷效果。在制冷端上方设有带透光通道的真空密封保温箱，该真空密封保温箱在两侧装有透光系数高的石英玻璃，盒内均为黑色吸光保温材料，可以在测试时减小光线反射带来的误差；在入射光一侧的石英玻璃上设有可选择透光面积的遮光板，可根据需要选择透光面积的大小，减小多余光线在电池测试时造成的误差；为方便放置被测电池，真空密封箱顶面设有活动门，活动门上设有真空阀门。本发明通过温度控制器进行测温与控温，温度传感器置于真空密封保温箱内。
与现有密封技术相比，本发明一种基于半导体制冷技术的敏化太阳电池低温恒温测试平台具有如下优点：采用半导体制冷技术，制冷速度快，易于控制，可以容易做到精确控温；采用一体化水冷散热系统，散热效果更好，保证半导体制冷片有良好的制冷效果；特有的真空密封保温箱以及遮光板，在保温的条件下可以尽可能的减小测试时带来的各种误差；体积小，成本低，对环境不会造成污染，适合实验室等科研场合使用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的染料敏化太阳电池的放置组装图。
图3为本发明的工作方式示意图。
在图中，包括真空密封保温箱1，活动门2，真空阀门3，敏化太阳电池4，隔热垫圈5，半导体制冷片6，测试用接线柱7，温度传感器8，供电用接线柱9，一体化水冷散热器水冷头10，散热片11，散热片电源线12，第一水冷软管13，第二水冷软管14，一体化水冷器电源15，恒温控制器16，恒温控制器电源线17，第一石英玻璃18，第二石英玻璃19，遮光板20，太阳电池测试设备21，电脑终端22。
具体实施方式
本发明揭示了一种基于半导体制冷技术的敏化太阳电池低温恒温测试平台，结合图1进行讲述，本发明主要分为保温、制冷和控温三个部分。
在保温部分，其主要包括有真空密封保温箱1，在真空密封保温箱1的正面设有活动门2，活动门2可以开启，开启后作为放置被测敏化太阳电池4的通道，活动门2上设有一个真空阀门3，用以将真空密封保温箱1内的环境抽成真空状态，消除凝露结霜对测试产生的影响；真空密封保温箱1上下两面开有透光孔并分别装置第一石英玻璃18和第二石英玻璃19，作为光通路；在第一石英玻璃18上覆盖有遮光板20，遮光板20由多块开孔面积不同且可层层嵌套的遮光材料组成，可以根据测试需要选择不同的嵌套方式以改变透光面积，测试光线从第一石英玻璃18射入并从第二石英玻璃19射出，保证光线垂直照射被测电池，减小光线在盒内的反射所产生的误差；真空密封保温箱1内壁均贴有黑色保温材料，减小光线反射。真空密封保温箱1用密封胶条与一体化水冷散热器水冷头10连接。
在制冷部分，其主要包括半导体制冷片6，在其制热端均匀涂抹导热硅脂后置于一体化水冷散热器水冷头10表面并固定。一体化水冷散热器水冷头10通过第一水冷软管13和第二水冷软管14与散热片11进行水冷液循环交换，散发半导体制冷片产生的热量，一体化水冷散热器水冷头10和散热片11分别通过一体化水冷器电源线15和散热片电源线12供电。在固定半导体制冷片6的一面设有测试用接线柱7和供电用接线柱9，其均设有内置通路与外部连接，分别用以连接测试电池的设备及为半导体制冷片6供电的电源线。半导体制冷片6周围紧密的覆有一层黑色的隔热垫圈5，用以隔绝制冷端与制热端的温度传递。
在控温部分主要包括恒温控制器16，温度传感器8通过供电用接线柱9的内置通路与恒温控制器16相连接，当达到所设定温度时则控制电源停止对半导体制冷片6进行供电，高于设定温度时则继续为半导体制冷片6供电。恒温控制器16通过恒温控制器电源线17进行供电。
具体实例：
本发明主要用于敏化太阳电池等新型太阳电池的低温环境测试。将被测的敏化太阳电池4如图2所示一样放置于真空密封保温箱1内，将敏化太阳电池4置于两片石英玻璃（18、19）正中间并保持平行，将电池输出两端与测试用接线柱7连接。放置好电池后关上活动门2，通过真空阀门3使用抽气泵将真空密封保温箱1内抽成真空状态。因敏化太阳电池4的有效测试面积为0.25cm2，为减小多余光线对测试造成的误差，因此将遮光板20嵌套至开有0.25 cm2透光孔的一块。通过恒温控制器设定所需温度，接通电源。待真空密封保温箱1内温度达到指定温度后，将测试光线如图3所示照射被测敏化太阳电池4。之后通过太阳电池测试设备21与电脑终端22即可测得敏化太阳电池4在不同低温下的输出性能。
Claims (6)
1.基于半导体制冷技术的敏化太阳电池低温恒温测试平台，它包括真空密封保温箱，活动门，真空阀门，隔热垫圈，半导体制冷片，测试用接线柱，温度传感器，供电用接线柱，一体化水冷散热器水冷头，散热片，第一水冷软管，第二水冷软管，恒温控制器，第一石英玻璃，第二石英玻璃和遮光板；其特征在于：所述半导体制冷片的制冷端朝外，制热端置于一体化水冷散热器水冷头的表面固定；所述一体化水冷散热器水冷头上设有测试用接线柱和供电用接线柱，温度传感器通过供电用接线柱内置通路连接至恒温控制器；所述一体化水冷散热器水冷头通过第一水冷软管以及第二水冷软管与散热片连接；所述半导体制冷片周围覆有一层黑色的隔热垫圈；其半导体制冷片制冷端上方安装有一个真空密封保温箱，真空密封保温箱上下两面开有透光孔并覆盖第一石英玻璃和第二石英玻璃，第一石英玻璃上覆盖有遮光板，真空密封保温箱正面装有可开启的活动门，活动门上装有一个真空阀门。
2.根据权利要求1所述的基于半导体制冷技术的敏化太阳电池低温恒温测试平台，其特征在于：所述散热片上设有散热片电源线，所述一体化水冷散热器水冷头设有一体化水冷器电源线，所述恒温控制器上设有恒温控制器电源线。
3.根据权利要求1所述的基于半导体制冷技术的敏化太阳电池低温恒温测试平台，其特征在于：所述测试平台一体化水冷散热器水冷头上设有四个接线柱，二个测试用接线柱和二个供电用接线柱。
4.根据权利要求1所述的基于半导体制冷技术的敏化太阳电池低温恒温测试平台，其特征在于：所述测试平台真空密封保温箱上有光通路，且光通路的透光面积可选择。
5.根据权利要求1所述的基于半导体制冷技术的敏化太阳电池低温恒温测试平台，其特征在于：所述测试平台真空密封保温箱内壁均贴有黑色保温材料。
6.根据权利要求1所述的基于半导体制冷技术的敏化太阳电池低温恒温测试平台，其特征在于：所述真空密封保温箱用密封胶条与一体化水冷散热器水冷头连接。
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Granted publication date: 20161116 Termination date: 20171103 |
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