CN106571763A - 一种pete‑温差电复合发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种PETE‑温差电复合发电系统。本发明属于光电热电发电技术领域。一种PETE‑温差电复合发电系统，其特点是：PETE‑温差电复合发电系统由PETE器件和温差发电器件复合构成，PETE器件与温差发电器件无缝耦合，PETE器件阴极阳极由固定装置固定，两级之间具有真空带，整体封闭在真空室内，温差发电器件冷端配置散热器，PETE器件阴极材料选用具有量子效应的纳米复合宽带隙半导体材料，PETE器件阴极阳极在真空室外设有引出端子。本发明可有效增加PETE器件阴极材料的散射中心和降低PETE器件阴极材料的缺陷密度，显著提高PETE器件阴极材料的电子发射率和阴极对太阳光的吸收能力；PETE‑温差电复合发电系统，实现两种器件转换效率叠加，提高系统整体能量转换效率。
Description
技术领域
本发明属于光电热电发电技术领域，特别是涉及一种PETE-温差电复合发电系统。
背景技术
太阳电池在空间领域的需求强烈，无论是砷化镓太阳电池还是柔性薄膜太阳电池，都面对着如何进一步提高电池光电转换效率的难题。PETE器件的出现，为人们提供了全新的选择和技术途径。PETE器件又叫光子增强型热离子发射器件，能够同时利用光和热来发电，具有双重发电优势，同时较太阳电池耐受温度更高(超过200℃)，成本很低。
该器件结构与热离子发射器件相似，均为真空平板结构，不同的是其阴极为P型半导体。申请号为CN20140802016.4全固态光子增强热电子发射器件的专利，公开了其制备的器件结构，主要特征是在器件阴阳极之间插入高导电高绝热层，以消除空间电核效应。
PETE器件阳极背底蕴藏着大量的辐射余热，若在其表面复合一种热电能量转换器件，可进一步提高发电系统的能量转换效率。在众多的热电能量转换方式中，温差电技术最为成熟可靠。温差发电器件是一种可以将热能直接转换为电能的固态能量转换装置，属于静态器件，性能稳定，可靠性好，可为整个系统带来更大的应用价值。现今PETE器件研究选用的阴极材料多为宽带隙均质P型半导体材料，存在阴极材料的电子发射率和阴极对太阳光的吸收能力低，能量转换效率低等技术问题。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种PETE-温差电复合发电系统。
本发明的目的是提供一种在优化PETE器件结构和阴极材料的基础上，综合考虑PETE器件阳极背底辐射余热的疏散和利用问题，能实现两种器件转换效率叠加，提高系统整体能量转换效率的PETE-温差电复合发电系统。
本发明的复合发电系统由PETE器件和温差发电器件构成。为提高二者之间的外形与重量匹配程度，选择高密集微型温差发电器件与PETE器件进行复合。实现PETE器件与温差发电器件无缝耦合：耦合结构为超导热绝缘石墨烯，石墨烯两端与器件贴合出涂抹高导热性的导热脂，以消除平面间的接触缝隙。PETE器件结构如图1所示，阴阳极由固定装置固定，两级之间具有真空带。PETE器件阴极材料选用具有量子效应的纳米复合宽带隙半导体材料，并采用磁控溅射、复合化学镀、喷涂等先进技术在该材料表面制作高反射金属涂层，涂层厚度2μm-5μm。
整体复合器件封闭在真空度不低于1×10-6Pa的超高真空室内；系统入射太阳光需经菲涅尔透镜聚光处理，以提高太阳光照能量的有效利用率；根据PETE器件阳极背底温度，选择合适的温差电材料体系；温差电池冷端配置散热器，以提高电池冷端的热量疏散，使电池建立较大工作温差；真空室外制作引出端子，已进行电能采集。
本发明PETE-温差电复合发电系统所采取的技术方案是：
一种PETE-温差电复合发电系统，其特点是：PETE-温差电复合发电系统由PETE器件和温差发电器件复合构成，PETE器件与温差发电器件无缝耦合，PETE器件阴极阳极由固定装置固定，两级之间具有真空带，整体封闭在真空室内，温差发电器件冷端配置散热器，PETE器件阴极材料选用具有量子效应的纳米复合宽带隙半导体材料，PETE器件阴极阳极在真空室外设有引出端子。
本发明PETE-温差电复合发电系统还可以采取以下方案：
所述的PETE-温差电复合发电系统，其特点是：PETE-温差电复合发电系统设有入射太阳光聚光处理菲涅尔透镜。
所述的PETE-温差电复合发电系统，其特点是：耦合结构为导热绝缘石墨烯，石墨烯两端与器件贴合处涂抹导热性的导热脂。
所述的PETE-温差电复合发电系统，其特点是：PETE器件阴极材料为具有量子效应的纳米复合宽带隙半导体材料，并采用磁控溅射、复合化学镀、喷涂技术在该材料表面制作反射金属涂层，涂层厚度2μm-5μm。
所述的PETE-温差电复合发电系统，其特点是：整体封闭真空室内的真空度不低于1×10-6Pa。
本发明具有的优点和积极效果是：
PETE-温差电复合发电系统由于采用了本发明全新的技术方案，与现有技术相比，本发明可有效增加PETE器件阴极材料的散射中心和降低PETE器件阴极材料的缺陷密度，降低PETE器件阴极材料自身功函数，显著提高PETE器件阴极材料的电子发射率和对太阳光的吸收能力；对PETE器件背底热量进行有效疏散与管理，创新地提出将光子增强型热离子发射技术与温差电技术相结合，研制PETE-温差电复合发电系统，实现两种器件转换效率叠加，提高系统整体能量转换效率。
附图说明
图1是是本发明的PETE-温差电复合发电系统的结构示意图。
图中，1-菲涅尔透镜，2-真空室，3-引出端子(+)，4-引出端子(-)，5-高密集微型温差发电器件，6-热阴极，7-固定装置，8-冷阳极，9-耦合结构，10-散热器。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
参阅附图1。
实施例1
一种PETE-温差电复合发电系统，由PETE器件和温差发电器件复合构成，PETE器件与温差发电器件无缝耦合，耦合结构为导热绝缘石墨烯，石墨烯两端与器件贴合处涂抹导热性的导热脂。PETE器件阴极阳极由固定装置固定，PETE器件阴极材料为具有量子效应的纳米复合宽带隙半导体材料，并采用磁控溅射、复合化学镀、喷涂技术在该材料表面制作反射金属涂层，涂层厚度2μm-5μm。PETE器件两级之间具有真空带，整体封闭在真空室内，整体封闭真空室内的真空度不低于1×10-6Pa。温差发电器件冷端配置散热器，PETE器件阴极阳极在真空室外设有引出端子。PETE-温差电复合发电系统设有入射太阳光聚光处理菲涅尔透镜。
本实施例具体结构详细说明如下：
PETE-温差电复合发电系统由单个PETE器件和高密集微型温差电器件组成，其中：PETE器件表面尺寸为12.5mm×12.5mm，阴阳极厚度为2.5mm，阴极表面铯Cs金属层采用测控溅射方法制作，厚度3μm，真空带宽度2mm；耦合石墨烯外形尺寸为12.5mm×12.5mm×3mm；温差电器件外形尺寸为13mm×13mm×3.5mm，包含68对串联的P-N元件，选取低温BiTe系材料；温差电器件冷端为铝制散热器，外形尺寸为25mm×25mm×8mm；整个装置采用金属壳体密封。
模拟AM0条件，室温下PETE器件的阴极电子发射率达到0.28％，在其阳极背底复合温差电器件后，可使整体系统的能力转换效率提升3个百分点左右。
本实施例将纳米结构引入阴极材料并在其表面高反射金属层，可有效增加材料的散射中心和降低材料的缺陷密度，降低材料自身功函数，显著提高阴极材料的电子发射率和阴极对太阳光的吸收能力；对PETE器件背底热量进行有效疏散与管理，创新地提出将光子增强型热离子发射技术与温差电技术相结合，研制PETE-温差电复合发电系统，实现两种器件转换效率叠加，提高系统整体能量转换效率。
Claims (5)
1.一种PETE-温差电复合发电系统，其特征是：PETE-温差电复合发电系统由PETE器件和温差发电器件复合构成，PETE器件与温差发电器件无缝耦合，阴极阳极由固定装置固定，两级之间具有真空带，整体封闭在真空室内，温差发电器件冷端配置散热器，阴极阳极在真空室外设有引出端子。
2.根据权利要求1所述的PETE-温差电复合发电系统，其特征是：PETE-温差电复合发电系统设有入射太阳光聚光处理菲涅尔透镜。
3.根据权利要求1所述的PETE-温差电复合发电系统，其特征是：耦合结构为导热绝缘石墨烯，石墨烯两端与器件贴合处涂抹导热性的导热脂。
4.根据权利要求1、2或3所述的PETE-温差电复合发电系统，其特征是：阴极材料为具有量子效应的纳米复合宽带隙半导体材料，并采用磁控溅射、复合化学镀、喷涂技术在该材料表面制作反射金属涂层，涂层厚度2μm-5μm。
5.根据权利要求1、2或3所述的PETE-温差电复合发电系统，其特征是：整体封闭真空室内的真空度不低于1×10-6Pa。
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