CN114497258A - 一种光电和热电联用器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光电和热电联用器件，包括层叠设置的光电转换电池、第一支撑层、热电转换电池、第二支撑层和散热器；所述热电转换电池包括热电器件阵列，所述热电器件阵列通过第一支撑层和第二支撑层串联导通；所述热电器件是由热电材料经封装制成，所述热电材料包括凝胶，凝胶中含有阳离子和阴离子。本发明利用光电转换电池内部与外部环境的温度差来驱动热电转换电池发电，在降低光电转换电池的工作温度的同时，提高光电转换电池组件的光电转换效率和寿命以及光电‑热电联用器件对太阳能的整体利用率。此外，本发明中的热电转换电池采用含有阳离子和阴离子的凝胶热电材料，在低温区具有高热电转换效率、高输出电压、高输出功率优点。
Description
技术领域
本发明属于发电领域，具体涉及一种光电和热电联用器件。
背景技术
太阳能是无污染的可再生能源，利用太阳能发电排放低、可持续，但是太阳能发电技术在实际运用中还存在一些问题，例如：能量转换效率不高，目前，太阳能发电技术的能量转换效率约20％左右，超过70％的太阳能被浪费，而未被利用的太阳能中的大部分被太阳能电池吸收转化为热能，从而导致太阳能电池温度升高，降低太阳能电池的发电效率、输出功率和使用寿命。太阳能电池的电流、电压和功率的温度系数一般为-0.25～-0.4％/℃，温度越高光电转换效率越低，更多的太阳能将转变成热能。若把太阳能电池和热电转换电池结合，使热电转换电池能够利用太阳能电池内部的热量，一方面可以有效降低太阳能电池的工作温度，提升太阳能电池的发电效率和使用寿命，另一方面可以提升对太阳能的整体能量利用效率。
但将太阳能电池和热电转换电池结合仍然面临着挑战，最主要的问题是当前主流热电转换材料——半导体热电材料的价格昂贵，导致热电转换电池的成本高从而阻碍了其产业化发展。此外，半导体热电转换材料在低温区的热电优值(ZT值)和热电转换效率还比较低，不能有效地提升太阳能-热电转换联用电池对太阳能的整体利用效率。此外，半导体型热电转换材料的储量有限，进一步限制了半导体型热电转换材料的工业化生产。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种光电和热电联用器件。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
本发明提供了一种光电和热电联用器件，包括层叠设置的光电转换电池、第一支撑层、热电转换电池、第二支撑层和散热器；所述热电转换电池包括热电器件阵列，所述热电器件阵列通过第一支撑层和第二支撑层串联导通；所述热电器件是由热电材料经封装制成，所述热电材料包括凝胶，凝胶中含有阳离子和阴离子。在本发明中的光电和热电联用器件中，光电转换电池位于最上层，散热片位于最下层，光电转换电池将光能转换成电能，光电转换电池吸收太阳热而产生的热能可以被热电转换电池利用。热电转换电池利用了光电转换电池中的废热生产电能，降低了光电转换电池的工作温度，延长光电转换电池的使用寿命，同时还提高了整个器件的太阳能整体利用率。
优选地，所述热电器件包括P型热电器件和N型热电器件；所述P型热电器件和N型热电器件并列设置。
优选地，所述封装所使用的材料为ABS树脂。采用ABS树脂封装凝胶，避免热电材料在较高温度下使用时，凝胶因失水或溶剂而发生固化，从而造成热电材料无法正常使用，进而降低本发明中的光电和热电联用器件的使用寿命。
优选地，所述第一支撑层与所述热电转换电池的热端连接；所述热电转换电池的冷端与第二支撑层连接。热电转换电池将光电转换电池中的废热转换成电能，从而提高太阳能的整体利用率。
优选地，所述第一支撑层和第二支撑层的厚度均小于3mm。
优选地，所述第一支撑层和第二支撑层的导热系数均大于2.0W/(m·K)。
优选地，所述第一支撑层和第二支撑层各自独立地包括碳布、碳纤维中的至少一种。本发明中的第一支撑层和第二支撑层具有优异的导热性能、导电性能和耐酸碱腐蚀性能。
优选地，所述光电转换电池为单晶硅电池。
优选地，所述阳离子包括氢离子、锂离子、钠离子、钾离子中的至少一种；进一步优选地，所述阳离子为氢离子。
优选地，所述阴离子包括氯离子、硫酸根离子中的至少一种；进一步优选地，所述阴离子为氯离子。
优选地，所述阴离子在所述凝胶中的浓度为0.5mol/L～1mol/L；进一步优选地，所述阴离子在所述凝胶中的浓度为0.5mol/L～0.8mol/L；更进一步优选地，所述阴离子在所述凝胶中的浓度为0.7mol/L。
优选地，所述阳离子在所述凝胶中的浓度为0.01mol/L～4mol/L；进一步优选地，所述阳离子在所述凝胶中的浓度为0.1mol/L～4mol/L；更进一步优选地，所述阳离子在所述凝胶中的浓度为1mol/L～3mol/L。
优选地，所述凝胶包括聚丙烯酰胺凝胶、聚丙烯酸凝胶、聚乙烯醇凝胶、聚3,4-乙烯二氧噻吩凝胶、聚乙烯基苯磺酸凝胶、聚丙烯酰胺-丙烯酸凝胶、聚3,4-乙烯二氧噻吩-乙烯基苯磺酸盐凝胶中的至少一种。本发明采用含有阳离子和阴离子的凝胶热电材料，不使用昂贵的储量有限的无机材料，成本更加低廉，材料来源更加丰富，且将该热电材料应用在热电转换电池中具有较高的热电转换效率和输出电压等优异性能。
优选地，所述聚3,4-乙烯二氧噻吩-乙烯基苯磺酸盐凝胶包括聚3,4-乙烯二氧噻吩-乙烯基苯磺酸钠凝胶、聚3,4-乙烯二氧噻吩-乙烯基苯磺酸钾凝胶中的至少一种。
优选地，所述热电材料的制备方法，包括如下步骤：将凝胶单体在溶剂中进行聚合反应，然后在阳离子溶液中进行透析，得到所述的热电材料。
优选地，所述热电材料的制备方法中，凝胶单体包括丙烯酰胺类单体、丙烯酸类单体、3,4-乙烯二氧噻吩类单体、乙烯基苯磺酸类单体中的至少一种。
优选地，所述热电材料的制备方法中，溶剂选自水、醇类溶剂、醚类溶剂、酮类溶剂、酯类溶剂中的至少一种；进一步优选地，溶剂选自水、乙醇、异丙醇、丙三醇、乙二醇、乙醚、丙酮、乙酸乙酯中的至少一种。在本发明的一些实施例中，溶剂为水。
优选地，所述热电材料的制备方法中，还包括加入引发剂参与聚合反应。
优选地，所述引发剂选自过硫酸盐、偶氮类引发剂、酰类过氧化物、二烷基过氧化物中的至少一种；进一步优选地，引发剂选自过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的至少一种。
优选地，所述引发剂的质量为凝胶单体质量的0.02％～0.1％；进一步优选地，引发剂的质量为凝胶单体质量的0.03％～0.06％。
优选地，所述热电材料的制备方法中，还包括加入交联剂参与聚合反应。
优选地，所述交联剂选自丙烯酰胺类交联剂、丙烯酸酯类交联剂中的至少一种；进一步优选地，交联剂选自亚甲基双丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯中的至少一种。
优选地，所述热电材料的制备方法中，交联剂的质量为凝胶单体质量的0.08％～0.15％；进一步优选地，交联剂的质量为凝胶单体质量的0.09％～0.12％。
优选地，所述热电材料的制备方法中，还包括加入加速剂参与聚合反应。
优选地，所述加速剂为胺；进一步优选地，加速剂为二胺和/或多元胺。在本发明的一些实施例中，加速剂为四甲基乙二胺。
优选地，所述热电材料的制备方法中，聚合反应的温度为20℃～80℃；进一步优选地，聚合反应的温度为20℃～60℃；再进一步优选地，聚合反应的温度为20℃～40℃。
优选地，所述阳离子溶液包括酸液、锂盐溶液、钾盐溶液、钠盐溶液中的至少一种。
优选地，所述钠盐溶液为NaCl、NaHSO4、Na2SO4中的至少一种。
优选地，所述锂盐溶液为LiCl、LiHSO4、Li2SO4中的至少一种。
优选地，所述钾盐溶液为KCl、KH2PO4、KH2PO4、KH2PO4、K2SO4中的至少一种。
优选地，酸液选自硫酸、盐酸、磷酸、三氯乙酸、三硝基苯磺酸中的至少一种；进一步优选地，酸液选自硫酸、盐酸、磷酸中的至少一种。
本发明的有益效果是：本发明利用光电转换电池内部与外部环境的温度差(5℃≤温差≤60℃)来驱动热电转换电池发电，在降低光电转换电池的工作温度的同时，提高光电转换电池组件的光电转换效率和寿命以及光电-热电联用器件对太阳能的整体利用率。此外，本发明中的热电转换电池采用含有阳离子和阴离子的凝胶热电材料，具有在低温区(低于100℃)具有高热电转换效率、高输出电压、高输出功率优点。进一步地，本发明所选高分子凝胶材料的来源广泛、制作简便，原材料成本和制造成本远远低于半导体类热电转换材料，利于产业化运用。
附图说明
图1为实施例1中的光电和热电联用器件的结构示意图。
图2为实施例1中的单组热电器件在不同温差下的开路电压-时间曲线图。
图3为实施例1中的单组热电器件在不同温差下的电流-电压曲线图。
图4为实施例1中的单组热电器件在不同温差下的功率曲线图。
图5为实施例1中的光电和热电联用器件中的热电转换电池在不同温差下的输出功率密度图。
附图标记：
第一支撑层1；光电转换电池2；P型热电器件3；N型热电器件4；散热器5；第二支撑层6。
具体实施方式
以下结合附图和实例对本发明的具体实施作进一步详细说明，但本发明的实施和保护不限于此。需要指出的是，以下若为有未特别详细说明之过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现或理解的。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，视为可以通过市售购买得到的常规产品。
实施例1
本例中的光电和热电联用器件的结构示意图如图1所示，包括依次层叠设置的光电转换电池2、第一支撑层1、热电转换电池、第二支撑层6和散热器5；第一支撑层1与热电转换电池的热端连接；热电转换电池的冷端与第二支撑层6连接，第一支撑层1和第二支撑层6的厚度均为2mm，且第一支撑层1和第二支撑层6均为碳布。光电转换电池2为单晶硅电池；热电转换电池包括热电器件阵列，热电器件包括P型热电器件3和N型热电器件4；P型热电器件3和N型热电器件4并列设置；P型热电器件3为ABS树脂封装的聚丙烯酰胺-丙烯酸凝胶，聚丙烯酰胺-丙烯酸凝胶中含有的阳离子为氢离子，氢离子在凝胶中的浓度为0.5mol/L；N型热电器件4为ABS树脂封装的聚3,4-乙烯二氧噻吩-乙烯基苯磺酸钠凝胶，聚3,4-乙烯二氧噻吩-乙烯基苯磺酸钠凝胶中含有的阳离子为钠离子，浓度为1.0mol/L，氯离子浓度为0.7mol/L。
首先制备了热电转换电池中的热电器件组，并对单组热电器件的性能进行了测试，不同温差下对应的开路电压如图2所示，在温差为10、20和40℃时开路电压依次为0.37、0.57和0.64V；工作状态下，不同温差对应的电流-电压曲线图如图3所示，不同温差对应的功率输出曲线图如图4所示。接下来在尺寸2112mm*1052mm*60mm的单晶硅材质的光电转换电池背面进行热电器件(160*80*25mm)组装，共计组装144对。将上述光电-热电联用器件在不同光照强度下进行热电转换器件的测试。图5为不同温差下热电转换电池的输出功率密度图，当太阳能光电转换电池与环境温度的温差为40℃时，热电转换电池的塞贝克系数为15mV/K，输出功率可达约6W/m2，热电转换效率约5％。
实施例2：
本例中的光电和热电联用器件，包括依次层叠设置的光电转换电池2、第一支撑层1、热电转换电池、第二支撑层6和散热器5；第一支撑层1与热电转换电池的热端连接；热电转换电池的冷端与第二支撑层6连接，第一支撑层1和第二支撑层6的厚度均为2mm，且第一支撑层1和第二支撑层6均为碳布。光电转换电池2为单晶硅电池；热电转换电池包括热电器件阵列，热电器件包括P型热电器件3和N型热电器件4；P型热电器件3和N型热电器件4并列设置；P型热电器件3为ABS树脂封装的聚丙烯酰胺-丙烯酸凝胶，聚丙烯酰胺-丙烯酸凝胶中含有的阳离子为氢离子，氢离子在凝胶中的浓度为0.75mol/L；N型热电器件4为ABS树脂封装的聚3,4-乙烯二氧噻吩-乙烯基苯磺酸钾凝胶，采用的阳离子为钾离子，浓度为1.0mol/L，氯离子浓度为0.5mol/L。该实施例中，当太阳能光电转换电池与环境温度的温差为40℃时，热电转换电池的输出功率可达约4.5W/m2，热电转换效率约3.8％。
实施例3：
本例中的光电和热电联用器件，包括依次层叠设置的光电转换电池2、第一支撑层1、热电转换电池、第二支撑层6和散热器5；第一支撑层1与热电转换电池的热端连接；热电转换电池的冷端与第二支撑层6连接，第一支撑层1和第二支撑层6的厚度均为2mm，且第一支撑层1和第二支撑层6均为碳布。光电转换电池2为单晶硅电池；热电转换电池包括热电器件阵列，热电器件包括P型热电器件3和N型热电器件4；P型热电器件3和N型热电器件4并列设置；P型热电器件3为ABS树脂封装的聚丙烯酰胺-丙烯酸凝胶，凝胶中含有的阳离子为氢离子，氢离子在凝胶中的浓度为0.5mol/L；N型热电器件4为ABS树脂封装的聚3,4-乙烯二氧噻吩-乙烯基苯磺酸钾凝胶，采用的阳离子为钾离子，浓度为1.5mol/L，氯离子浓度为1.0mol/L。该实施例中，当太阳能光电转换电池与环境温度的温差为40℃时，热电转换电池的输出功率可达约5.2W/m2，热电转换效率约4.3％。
实施例2～3中的热电转换电池的塞贝克系数与实施例1的基本一致。实施例1～3中的光电和热电联用器件的开路电压、工作电压和工作电流均采用两电极法测试，功率密度曲线根据上述测试结果绘制。随着热电转换电池热端和冷端温差的增大，本发明中的光电和热电联用器件的开路电压、工作电压和工作电流均逐渐增大。
综上所述，本发明中的光电和热电联用器件具有优异的性能，具体为：(1)低成本，本发明采用凝胶基的热电材料，热电材料成本低廉，原料来源广泛，相对于高昂且储量有限的半导体型材料而言，材料成本极大的降低；(2)本发明中的热电转换电池具有优异的热电转换性能，其热电优值达到0.6，与常见的半导体型热电转换材料相当；(3)本发明中的热电转换电池的平均塞贝克系数约为15mV/K(最高可达40mV/K)，而半导体型热电材料的塞贝克系数一般为10～100μV/K级别。本发明中的热电转换电池的塞贝克系数比常见半导体型热电材料的塞贝克系数高出两到三个数量级，对于后续热电转换电池的制造、安装以及升压器件的选用都极为有利，使得本发明在成本方面较之半导体型热电器件具有极大的优势。
上面对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
Claims (10)
1.一种光电和热电联用器件，其特征在于：包括层叠设置的光电转换电池、第一支撑层、热电转换电池、第二支撑层和散热器；所述热电转换电池包括热电器件阵列，所述热电器件阵列通过第一支撑层和第二支撑层串联导通；所述热电器件是由热电材料经封装制成，所述热电材料包括凝胶，凝胶中含有阳离子和阴离子。
2.根据权利要求1所述的光电和热电联用器件，其特征在于：所述热电器件包括P型热电器件和N型热电器件；所述P型热电器件和N型热电器件并列设置。
3.根据权利要求1或2所述的光电和热电联用器件，其特征在于：所述封装所使用的材料为ABS树脂。
4.根据权利要求1所述的光电和热电联用器件，其特征在于：所述第一支撑层与所述热电转换电池的热端连接；所述热电转换电池的冷端与第二支撑层连接。
5.根据权利要求4所述的光电和热电联用器件，其特征在于：所述第一支撑层和第二支撑层的厚度均小于3mm。
6.根据权利要求5所述的光电和热电联用器件，其特征在于：所述第一支撑层和第二支撑层各自独立地包括碳布、碳纤维中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的光电和热电联用器件，其特征在于：所述第一支撑层和第二支撑层的导热系数均大于2.0W/(m·K)。
8.根据权利要求1所述的光电和热电联用器件，其特征在于：所述阳离子包括氢离子、锂离子、钠离子、钾离子中的至少一种；所述阴离子包括氯离子、硫酸根离子中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的光电和热电联用器件，其特征在于：所述阳离子在所述凝胶中的浓度为0.01mol/L～4mol/L。
10.根据权利要求1所述的光电和热电联用器件，其特征在于：所述凝胶包括聚丙烯酰胺凝胶、聚丙烯酸凝胶、聚乙烯醇凝胶、聚3,4-乙烯二氧噻吩凝胶、聚乙烯基苯磺酸凝胶、聚丙烯酰胺-丙烯酸凝胶、聚3,4-乙烯二氧噻吩-乙烯基苯磺酸盐凝胶中的至少一种。
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|---|---|
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115172579A (zh) * | 2022-09-05 | 2022-10-11 | 广东省科学院化工研究所 | 一种热电转换器件及其制备方法 |
| CN115683403A (zh) * | 2022-11-08 | 2023-02-03 | 大连海事大学 | 一种自驱动水凝胶离子式压力传感器及其制作方法 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201726340U (zh) * | 2010-04-02 | 2011-01-26 | 南通美能得太阳能电力科技有限公司 | 一种太阳能光电、热电转换系统 |
| CN102130106A (zh) * | 2010-12-25 | 2011-07-20 | 紫光股份有限公司 | 一种同时进行光电转换和热电转换的太阳能电池 |
| CN104579162A (zh) * | 2014-12-09 | 2015-04-29 | 深圳光启空间技术有限公司 | 带有热电转换功能的太阳能电池板 |
| CN105633263A (zh) * | 2014-11-30 | 2016-06-01 | 中国科学院金属研究所 | 一种碳纳米纤维/金刚石复合薄膜材料及其作为热电池能量转换器件的应用 |
| CN110247627A (zh) * | 2018-03-07 | 2019-09-17 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种提高钙钛矿太阳电池组件性能和热稳定性的方法 |
| US20200066960A1 (en) * | 2016-12-13 | 2020-02-27 | Lintec Corporation | Thermoelectric conversion material and method for producing same |
| KR20200071001A (ko) * | 2018-12-10 | 2020-06-18 | 연세대학교 산학협력단 | 이온 열전 물질 및 이를 포함하는 이온 열전 소자 |
| JP2020198330A (ja) * | 2019-05-30 | 2020-12-10 | 国立大学法人神戸大学 | 熱電変換材料およびその製造方法 |
| CN112652698A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-04-13 | 广东省科学院化工研究所 | 一种热电转换材料和热电转换器件 |
| US20210343922A1 (en) * | 2020-04-29 | 2021-11-04 | The University Of Hong Kong | Stretchable ionic hydrogel with high thermopower for low-grade heat harvesting |
| CN113676118A (zh) * | 2021-07-21 | 2021-11-19 | 华南理工大学 | 一种具有电压匹配的光伏热电一体化器件及其制备方法 |
-
2021
- 2021-12-30 CN CN202111661458.8A patent/CN114497258B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201726340U (zh) * | 2010-04-02 | 2011-01-26 | 南通美能得太阳能电力科技有限公司 | 一种太阳能光电、热电转换系统 |
| CN102130106A (zh) * | 2010-12-25 | 2011-07-20 | 紫光股份有限公司 | 一种同时进行光电转换和热电转换的太阳能电池 |
| CN105633263A (zh) * | 2014-11-30 | 2016-06-01 | 中国科学院金属研究所 | 一种碳纳米纤维/金刚石复合薄膜材料及其作为热电池能量转换器件的应用 |
| CN104579162A (zh) * | 2014-12-09 | 2015-04-29 | 深圳光启空间技术有限公司 | 带有热电转换功能的太阳能电池板 |
| US20200066960A1 (en) * | 2016-12-13 | 2020-02-27 | Lintec Corporation | Thermoelectric conversion material and method for producing same |
| CN110247627A (zh) * | 2018-03-07 | 2019-09-17 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种提高钙钛矿太阳电池组件性能和热稳定性的方法 |
| KR20200071001A (ko) * | 2018-12-10 | 2020-06-18 | 연세대학교 산학협력단 | 이온 열전 물질 및 이를 포함하는 이온 열전 소자 |
| JP2020198330A (ja) * | 2019-05-30 | 2020-12-10 | 国立大学法人神戸大学 | 熱電変換材料およびその製造方法 |
| US20210343922A1 (en) * | 2020-04-29 | 2021-11-04 | The University Of Hong Kong | Stretchable ionic hydrogel with high thermopower for low-grade heat harvesting |
| CN112652698A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-04-13 | 广东省科学院化工研究所 | 一种热电转换材料和热电转换器件 |
| CN113676118A (zh) * | 2021-07-21 | 2021-11-19 | 华南理工大学 | 一种具有电压匹配的光伏热电一体化器件及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 徐竹: "《复合材料成型工艺及应用》", 31 January 2017, 国防工业出版社 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115172579A (zh) * | 2022-09-05 | 2022-10-11 | 广东省科学院化工研究所 | 一种热电转换器件及其制备方法 |
| CN115172579B (zh) * | 2022-09-05 | 2023-02-07 | 广东省科学院化工研究所 | 一种热电转换器件及其制备方法 |
| WO2024051478A1 (zh) * | 2022-09-05 | 2024-03-14 | 广东省科学院化工研究所 | 一种热电转换器件及其制备方法 |
| CN115683403A (zh) * | 2022-11-08 | 2023-02-03 | 大连海事大学 | 一种自驱动水凝胶离子式压力传感器及其制作方法 |
| CN115683403B (zh) * | 2022-11-08 | 2024-04-09 | 大连海事大学 | 一种自驱动水凝胶离子式压力传感器及其制作方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114497258B (zh) | 2023-04-07 |
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