CN114695636B - 一种穿戴式光热热电设备 - Google Patents

一种穿戴式光热热电设备 Download PDF

Info

Publication number
CN114695636B
CN114695636B CN202210608074.8A CN202210608074A CN114695636B CN 114695636 B CN114695636 B CN 114695636B CN 202210608074 A CN202210608074 A CN 202210608074A CN 114695636 B CN114695636 B CN 114695636B
Authority
CN
China
Prior art keywords
thin film
film absorber
thermoelectric material
flexible substrate
layer
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.)
Active
Application number
CN202210608074.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114695636A (zh
Inventor
陈皓
郑梦洁
潘美妍
傅翼斐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ji Hua Laboratory
Original Assignee
Ji Hua Laboratory
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ji Hua Laboratory filed Critical Ji Hua Laboratory
Priority to CN202210608074.8A priority Critical patent/CN114695636B/zh
Publication of CN114695636A publication Critical patent/CN114695636A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114695636B publication Critical patent/CN114695636B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/13Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the heat-exchanging means at the junction

Landscapes

  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

本申请属于热电器件领域,公开了一种穿戴式光热热电设备,包括柔性衬底和热电材料件,所述柔性衬底上表面设置有薄膜吸收器,所述薄膜吸收器部分地遮挡所述柔性衬底;所述薄膜吸收器对光能量的吸收效率比所述柔性衬底对光能量的吸收效率高;所述热电材料件的一端与所述薄膜吸收器连接,另一端与所述柔性衬底的露出区域连接,所述露出区域为所述柔性衬底的未被所述薄膜吸收器遮挡的区域;所述薄膜吸收器包括从上到下依次设置的吸收材料层、透明相位补偿层和金属基底,所述吸收材料层、所述透明相位补偿层和所述金属基底构成Gires–Tournois光学空腔结构;该穿戴式光热热电设备发电效率高且对热电材料的性能限制较小。

Description

一种穿戴式光热热电设备
技术领域
本申请涉及热电器件领域,具体而言,涉及一种穿戴式光热热电设备。
背景技术
穿戴式热电发电器件是通过热电材料两端的温差进行发电,其中冷热两端的温差和热电材料的塞贝克系数对产电效率起决定性因素。
现有的穿戴式热电发电器件常用柔性基底-热电材料-柔性材料(高温面-热电材料-低温面)的“三明治”结构,利用人体与环境的纵向温差进行发电。由于人体的温度与环境温度差异较小,器件在工作时,发电效率不佳,为了提高发电效率,一般是通过提高热电材料的塞贝克系数来实现,但由于要保证穿戴设备的穿戴舒适性,必须保证各层材料足够薄,纵向尺寸限制较大,限制了热电材料的研发,热电材料的性能提升有限,产电效率不高。
发明内容
本申请的目的在于提供一种穿戴式光热热电设备,其发电效率高且对热电材料的性能限制较小。
本申请提供了一种穿戴式光热热电设备,包括柔性衬底和热电材料件,所述柔性衬底上表面设置有薄膜吸收器,所述薄膜吸收器部分地遮挡所述柔性衬底;所述薄膜吸收器对光能量的吸收效率比所述柔性衬底对光能量的吸收效率高;所述热电材料件的一端与所述薄膜吸收器连接,另一端与所述柔性衬底的露出区域连接,所述露出区域为所述柔性衬底的未被所述薄膜吸收器遮挡的区域;
所述薄膜吸收器包括从上到下依次设置的吸收材料层、透明相位补偿层和金属基底,所述吸收材料层、所述透明相位补偿层和所述金属基底构成Gires–Tournois光学空腔结构。
该穿戴式光热热电设备,通过把薄膜吸收器设置在柔性衬底上表面,薄膜吸收器吸收光能量后会形成高温区域,柔性衬底的露出区域由于对光能量的吸收效率相对较低而形成低温区域,从而在横向上形成温度差,使热电材料件发电,与现有的在纵向(厚度方向)形成温度差的方式相比,由于在横向上的尺寸限制更小,因此对热电材料的性能限制更小;此外,由于薄膜吸收器为Gires–Tournois光学空腔结构,对光能量的吸收效率高,能够有效提高温度差,从而使发电效率高。
优选地,所述吸收材料层和所述透明相位补偿层满足以下条件:
Figure 53468DEST_PATH_IMAGE001
Figure 514536DEST_PATH_IMAGE002
其中,
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为目标光波的波长,
Figure 790053DEST_PATH_IMAGE004
为所述吸收材料层对于所述目标光波的消光系数,
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为所述吸收材料层对于所述目标光波的复折射率,
Figure 500520DEST_PATH_IMAGE006
为所述目标光波在所述吸收材料层与所述透明相位补偿层之间的界面处的反射相角,
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为所述吸收材料层的厚度。
从而可实现对目标光波的高效吸收,保证薄膜吸收器与露出区域之间的温度差较大。
优选地,所述吸收材料层的光学参数满足:
Figure 978906DEST_PATH_IMAGE008
Figure 793016DEST_PATH_IMAGE009
其中,
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为常数。
从而可实现对目标光波所处的宽波段范围内的光波的高效吸收,进一步提高薄膜吸收器与露出区域之间的温度差。
优选地,所述吸收材料层的厚度小于所述目标光波的波长的四分之一。
优选地,所述吸收材料层为铂材料层、铬材料层或钛材料层。
优选地,所述透明相位补偿层为氧化铝层、氧化钛层或氧化硅层。
优选地,所述金属基底为银基底或金基底。
优选地,所述热电材料件包括至少一个热电件组合,每个所述热电件组合包括交替排布的N型热电材料件和P型热电材料件,所述N型热电材料件和P型热电材料件的两端均分别与所述薄膜吸收器和所述露出区域连接,任意相邻的所述N型热电材料件和所述P型热电材料件之间有且仅有一端电连接,且所述N型热电材料件的同一端最多与一个所述P型热电材料件电连接,所述P型热电材料件的同一端最多与一个所述N型热电材料件电连接。
优选地,所述柔性衬底和所述薄膜吸收器均为矩形,所述薄膜吸收器的一组相互平行的边沿与所述柔性衬底的一组相互平行的边沿齐平,所述柔性衬底位于所述薄膜吸收器的两侧各有一个所述露出区域;每个所述露出区域与所述薄膜吸收器之间均设置有一个所述热电件组合。
优选地,所述薄膜吸收器的上表面面积为所述柔性衬底的上表面面积的50%-75%。
有益效果:
本申请提供的穿戴式光热热电设备,通过把膜吸收器设置在柔性衬底上表面,薄膜吸收器吸收光能量后会形成高温区域,柔性衬底的露出区域由于对光能量的吸收效率相对较低而形成低温区域,从而在横向上形成温度差,使热电材料件发电,与现有的在纵向(厚度方向)形成温度差的方式相比,由于在横向上的尺寸限制更小,因此对热电材料的性能限制更小;此外,由于薄膜吸收器为Gires–Tournois光学空腔结构,对光能量的吸收效率高,能够有效提高温度差,从而使发电效率高。
本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本申请了解。
附图说明
图1为本申请实施例提供的穿戴式光热热电设备的结构示意图。
图2为薄膜吸收器的结构示意图。
图3为热电件组合的结构示意图。
图4为实验测得的10nm厚的Ti金属的光学特性。
图5为示例性的薄膜吸收器的吸收率变化图。
标号说明:1、柔性衬底;101、露出区域;2、热电材料件;201、热电件组合;202、N型热电材料件;203、P型热电材料件;3、薄膜吸收器;301、吸收材料层;302、透明相位补偿层;303、金属基底。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围,而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时,在本申请的描述中,术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参照图1、图2,本申请一些实施例中的一种穿戴式光热热电设备,包括柔性衬底1和热电材料件2,柔性衬底1上表面设置有薄膜吸收器3,薄膜吸收器3部分地遮挡柔性衬底1;薄膜吸收器3对光能量的吸收效率比柔性衬底1对光能量的吸收效率高;热电材料件2的一端与薄膜吸收器3连接,另一端与柔性衬底1的露出区域101连接,露出区域101为柔性衬底1的未被薄膜吸收器3遮挡的区域;
薄膜吸收器3包括从上到下依次设置的吸收材料层301、透明相位补偿层302和金属基底303,吸收材料层301、透明相位补偿层302和金属基底303构成Gires–Tournois光学空腔结构。
该穿戴式光热热电设备,通过把薄膜吸收器3设置在柔性衬底1上表面,薄膜吸收器3吸收光能量后会形成高温区域,柔性衬底1的露出区域101由于对光能量的吸收效率相对较低而形成低温区域,从而在横向上形成温度差,使热电材料件2发电,与现有的在纵向(厚度方向)形成温度差的方式相比,由于在横向上的尺寸限制更小,因此对热电材料的性能限制更小(热电材料的可选用范围更广);此外,由于薄膜吸收器3为Gires–Tournois光学空腔结构,对光能量的吸收效率高,能够有效提高温度差,从而使发电效率高。
优选地,吸收材料层301和透明相位补偿层302满足以下条件:
Figure 331444DEST_PATH_IMAGE001
(1);
Figure 466891DEST_PATH_IMAGE002
(2);
其中,
Figure 76864DEST_PATH_IMAGE003
为目标光波的波长,
Figure 981366DEST_PATH_IMAGE004
为吸收材料层301对于目标光波的消光系数,
Figure 284171DEST_PATH_IMAGE005
为吸收材料层301对于目标光波的复折射率,
Figure 154518DEST_PATH_IMAGE006
为目标光波在吸收材料层301与透明相位补偿层302之间的界面处的反射相角,
Figure 709127DEST_PATH_IMAGE007
为吸收材料层301的厚度。
在实际应用中,当目标光波的波长、吸收材料层301的材料和透明相位补偿层302的材料选定后,
Figure 592769DEST_PATH_IMAGE003
Figure 941842DEST_PATH_IMAGE005
Figure 910935DEST_PATH_IMAGE004
均为确定值,从而可根据公式(2)计算吸收材料层301的厚度
Figure 738077DEST_PATH_IMAGE007
,再可根据公式(1)计算
Figure 741805DEST_PATH_IMAGE006
,由于
Figure 760314DEST_PATH_IMAGE006
是与透明相位补偿层302的厚度和材料有关的(其关系式为本领域公知常识),当透明相位补偿层302的材料确定后,可根据
Figure 216703DEST_PATH_IMAGE006
计算得到透明相位补偿层302的厚度
Figure 847536DEST_PATH_IMAGE011
,从而根据计算得到的
Figure 705771DEST_PATH_IMAGE007
Figure 396646DEST_PATH_IMAGE011
设置对应厚度的吸收材料层301和透明相位补偿层302。
事实上,为了保证薄膜吸收器3的三层结构能够产生Gires–Tournois共振,从而完美地吸收目标光波,需要满足以下条件:
Figure 340331DEST_PATH_IMAGE012
(3);
其中,
Figure 774855DEST_PATH_IMAGE013
为目标光波在空气和吸收材料层301之间的界面处的反射相角,
Figure 487596DEST_PATH_IMAGE014
为目标光波在吸收材料层301中的传输相角,
Figure 585258DEST_PATH_IMAGE014
的表达式为:
Figure DEST_PATH_IMAGE015
(4);
根据材料光学系数的假设,进一步可得:
Figure 422764DEST_PATH_IMAGE016
(5);
从而,根据公式(3)-(5)可得到公式(1)。
基于传递矩阵理论建立的各层材料中的能量吸收模型,能够计算特定厚度介质中的吸收率。在法向入射的情况下,吸收材料层301吸收率表达式为:
Figure 520033DEST_PATH_IMAGE017
(6);
其中,
Figure DEST_PATH_IMAGE018
为吸收材料层301对目标光波的吸收率,
Figure 759385DEST_PATH_IMAGE019
为吸收材料层301中的电场强度,
Figure DEST_PATH_IMAGE020
为入射电场强度,
Figure 57642DEST_PATH_IMAGE021
为空气对于目标光波的复折射率,
Figure 349821DEST_PATH_IMAGE022
为吸收材料层301厚度方向的位置;
若满足公式(1)的条件,则入射的目标光波将无反射,此时有:
Figure 250781DEST_PATH_IMAGE023
对于可见光,由于吸收材料层301的厚度
Figure 813480DEST_PATH_IMAGE007
一般远小于入射的目标光波的波长,入射的目标光波可穿透整个吸收材料层301,从而有:
Figure 282639DEST_PATH_IMAGE024
(7);
对于入射的目标光波被吸收材料层301完全吸收的情况,则
Figure 422633DEST_PATH_IMAGE018
等于1,从而由公式(6)、(7)可得到公式(2)。
因此,当吸收材料层301和透明相位补偿层302满足公式(1)、(2)可实现对目标光波的高效吸收,保证薄膜吸收器3与露出区域101之间的温度差较大。
在一些优选实施方式中,吸收材料层301的光学参数满足:
Figure 2650DEST_PATH_IMAGE025
(8);
Figure 544490DEST_PATH_IMAGE009
(9);
其中,
Figure 420436DEST_PATH_IMAGE010
为常数。
从而可实现对目标光波所处的宽波段范围内的光波的高效吸收,进一步提高薄膜吸收器3与露出区域101之间的温度差。
实际上,对于透明相位补偿层302的厚度为0这种极限情况,此时的
Figure 47726DEST_PATH_IMAGE006
等于
Figure 165855DEST_PATH_IMAGE026
,根据公式(1)可知:
Figure DEST_PATH_IMAGE027
(10);
同时由于电场不应传播到金属基底303,当
Figure 234305DEST_PATH_IMAGE011
为0,可知
Figure 779687DEST_PATH_IMAGE028
,公式(6)中的
Figure 894273DEST_PATH_IMAGE029
,根据公式(2)、(10),可得
Figure DEST_PATH_IMAGE030
。从而,为了实现对目标光波的完美吸收,
Figure 845787DEST_PATH_IMAGE004
不能小于0.64,即要满足公式(9)。
当满足公式(8)时,
Figure 237585DEST_PATH_IMAGE005
Figure 78502DEST_PATH_IMAGE004
的乘积随波长的增加呈线性增长,公式(8)和(9)共同表征着吸收材料层301的异常色散特性,是宽波段吸收对吸收材料的参数要求。半导体材料往往在可见光的短波区域和紫外光区域具有这种特性,耐高温金属(如铂、铬、钛等)在可见光和近红外光谱区具有这种特性。例如图4为实验测得的10nm厚的Ti金属的光学特性(其中,n为该Ti金属的复折射系数,k为该Ti金属的消光系数,λ/200为入射光波的缩放后的波长),可见,在600nm-900nm的区域满足公式(8)、(9)的要求,此时的
Figure 555751DEST_PATH_IMAGE010
为1/200。
优选地,吸收材料层301的厚度小于目标光波的波长的四分之一。通过选择合适的材料,在满足公式(1)和(2)的条件下,可使薄膜吸收器3非常薄,从而更加柔性化,更适用于穿戴式设备。
优选地,金属基底303的厚度大于目标光波在金属基底303上的穿透深度。从而避免入射的目标光波穿过金属基底303,进一步保证薄膜吸收器3对目标光波的吸收率。在可见光区域,一般只需要金属基底303的厚度不小于100nm,即可保证目标光波不能穿透金属基底303,金属基底303的厚度优选为250nm。
在本实施例中,吸收材料层301可为铂材料层、铬材料层或钛材料层,从而使薄膜吸收器3在可见光区域的较宽波段具有良好的吸收率。但吸收材料层301的材料不限于此。
在本实施例中,透明相位补偿层302可为氧化铝层、氧化钛层或氧化硅层(但不限于此)。
在本实施例中,金属基底303可为银基底或金基底(但不限于此)。
在一个具体实施例中,薄膜吸收器3的吸收材料层301为16nm厚的钛材料层,透明相位补偿层302为70nm厚的氧化铝层,金属基底303为250nm厚的银基底,该薄膜吸收器3的吸收率随入射光波长的变化情况如图5所示,从图中可以看到,
Figure 140316DEST_PATH_IMAGE031
Figure 386620DEST_PATH_IMAGE032
的值在600nm-900nm波段内均接近1,符合公式(3)、(2)的要求,即符合公式(1)、(2)的要求,在该波段内的吸收率均高于95%,能够高效吸收太阳能,产生高温。
优选地,为了进一步提高温度差,柔性衬底1可为透明的衬底,以保证其对光能量的吸收率较低。例如,柔性衬底1可以但不限于为PI(聚酰亚胺)膜、PDMS(聚二甲基硅氧烷)层、硅橡胶层等。
在一些实施方式中,见图1、图3,热电材料件2包括至少一个热电件组合201,每个热电件组合201包括交替排布的N型热电材料件202和P型热电材料件203,N型热电材料件202和P型热电材料件203的两端均分别与薄膜吸收器3和露出区域101连接,任意相邻的N型热电材料件202和P型热电材料件203之间有且仅有一端电连接,且N型热电材料件202的同一端最多与一个P型热电材料件203电连接,P型热电材料件203的同一端最多与一个N型热电材料件202电连接。
其中,同一个热电件组合201中的N型热电材料件202和P型热电材料件203的数量可根据实际需要设置,其中,包括至少一个N型热电材料件202和至少一个P型热电材料件203。其中,在N型热电材料件202和P型热电材料件203的尺寸不变的情况下,通过增加N型热电材料件202和P型热电材料件203的数量,可提高产电效率。
N型热电材料件202和P型热电材料件203 具体形状和尺寸可根据实际需要设置,例如,在图1、图3中,N型热电材料件202和P型热电材料件203均为矩形片状,实际上该N型热电材料件202和P型热电材料件203也可为弧形状、波浪状、锯齿波状等,但不限于此。
其中,相邻的N型热电材料件202和P型热电材料件203之间可通过导电连接件(如导线)进行电连接,也可通过直接接触进行电连接(例如图1、图3中,相邻的N型热电材料件202和P型热电材料件203电连接的端部相互叠合)。其中,N型热电材料件202和P型热电材料件203的材料可根据实际需要选择使用,此处不对其进行限定。
需要说明的是,虽然在图1中,N型热电材料件202和P型热电材料件203均是连接在薄膜吸收器3的上表面处,但实际上,N型热电材料件202和P型热电材料件203也可均连接在薄膜吸收器3的下表面,或者部分N型热电材料件202和P型热电材料件203连接在薄膜吸收器3的上表面、部分N型热电材料件202和P型热电材料件203连接在薄膜吸收器3的下表面。
其中,柔性衬底1和薄膜吸收器3的具体形状可根据实际需要设置,例如为多边形、圆形、椭圆形等,但不限于此。
在一些具体实施方式中,见图1,柔性衬底1和薄膜吸收器3均为矩形,薄膜吸收器3的一组相互平行的边沿与柔性衬底1的一组相互平行的边沿齐平,柔性衬底1位于薄膜吸收器3的两侧各有一个露出区域101;每个露出区域101与薄膜吸收器3之间均设置有一个热电件组合201。采用该结构的穿戴式光热热电设备,其热电材料件2的分布密度较高,产电效率较高。
在实际应用中,薄膜吸收器3中部的温度会比边缘的温度更高,根据薄膜吸收器3的温度分布规律,在中部会具有一个比较适宜与热电材料件2连接的区域(以下称之为热区),把热电材料件2的一端连接在该热区上有利于提高热电材料件2两端的温度差,从而有利于提高产电效率。在其它条件不变的情况下,薄膜吸收器3的面积越大,则可吸收越多的光能量,从更有利于提高产电效率,但是,薄膜吸收器3在某个方向上的尺寸越大,则在该方向上,热区边沿与薄膜吸收器3边沿的距离越大(例如图1所示的穿戴式光热热电设备,若薄膜吸收器3左右方向上的尺寸越大,则热区的左右边沿对应地与薄膜吸收器3的左右边沿之间的距离越大),从而,为了使热电材料件2能够连接到热区和露出区域101之间,每个N型热电材料件202和P型热电材料件203的长度就要越大,其电阻也就越大,电阻的增大又会降低产电效率。可见,薄膜吸收器3的面积并非越大越好。
因此,基于图1所示的穿戴式光热热电设备,薄膜吸收器3的上表面面积优选为柔性衬底1的上表面面积的50%-75%(即薄膜吸收器3与柔性衬底1的相互齐平的边沿之间的长度比值为0.5-0.75)。在该范围内的产电效率最佳。
在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅为本申请的实施例而已,并不用于限制本申请的保护范围,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种穿戴式光热热电设备,包括柔性衬底(1)和热电材料件(2),其特征在于,所述柔性衬底(1)上表面设置有薄膜吸收器(3),所述薄膜吸收器(3)部分地遮挡所述柔性衬底(1);所述薄膜吸收器(3)对光能量的吸收效率比所述柔性衬底(1)对光能量的吸收效率高;所述热电材料件(2)的一端与所述薄膜吸收器(3)连接,另一端与所述柔性衬底(1)的露出区域(101)连接,所述露出区域(101)为所述柔性衬底(1)的未被所述薄膜吸收器(3)遮挡的区域;
所述薄膜吸收器(3)包括从上到下依次设置的吸收材料层(301)、透明相位补偿层(302)和金属基底(303),所述吸收材料层(301)、所述透明相位补偿层(302)和所述金属基底(303)构成Gires–Tournois光学空腔结构;
所述热电材料件(2)包括至少一个热电件组合(201),每个所述热电件组合(201)包括交替排布的N型热电材料件(202)和P型热电材料件(203),所述N型热电材料件(202)和P型热电材料件(203)的两端均分别与所述薄膜吸收器(3)和所述露出区域(101)连接,任意相邻的所述N型热电材料件(202)和所述P型热电材料件(203)之间有且仅有一端电连接,且所述N型热电材料件(202)的同一端最多与一个所述P型热电材料件(203)电连接,所述P型热电材料件(203)的同一端最多与一个所述N型热电材料件(202)电连接;
同一个热电件组合(201)中设置有至少一个N型热电材料件(202)和至少一个P型热电材料件(203)。
2.根据权利要求1所述的穿戴式光热热电设备,其特征在于,所述吸收材料层(301)和所述透明相位补偿层(302)满足以下条件:
Figure DEST_PATH_IMAGE001
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中,
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为目标光波的波长,
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为所述吸收材料层(301)对于所述目标光波的消光系数,
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为所述吸收材料层(301)对于所述目标光波的复折射率,
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为所述目标光波在所述吸收材料层(301)与所述透明相位补偿层(302)之间的界面处的反射相角,与透明相位补偿层(302)的厚度有关,
Figure DEST_PATH_IMAGE011
为所述吸收材料层(301)的厚度。
3.根据权利要求2所述的穿戴式光热热电设备,其特征在于,所述吸收材料层(301)的光学参数满足:
Figure DEST_PATH_IMAGE012
Figure DEST_PATH_IMAGE013
其中,
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为常数。
4.根据权利要求2所述的穿戴式光热热电设备,其特征在于,所述吸收材料层(301)的厚度小于所述目标光波的波长的四分之一。
5.根据权利要求1所述的穿戴式光热热电设备,其特征在于,所述吸收材料层(301)为铂材料层、铬材料层或钛材料层。
6.根据权利要求1所述的穿戴式光热热电设备,其特征在于,所述透明相位补偿层(302)为氧化铝层、氧化钛层或氧化硅层。
7.根据权利要求1所述的穿戴式光热热电设备,其特征在于,所述金属基底(303)为银基底或金基底。
8.根据权利要求1所述的穿戴式光热热电设备,其特征在于,所述柔性衬底(1)和所述薄膜吸收器(3)均为矩形,所述薄膜吸收器(3)的一组相互平行的边沿与所述柔性衬底(1)的一组相互平行的边沿齐平,所述柔性衬底(1)位于所述薄膜吸收器(3)的两侧各有一个所述露出区域(101);每个所述露出区域(101)与所述薄膜吸收器(3)之间均设置有一个所述热电件组合(201)。
9.根据权利要求8所述的穿戴式光热热电设备,其特征在于,所述薄膜吸收器(3)的上表面面积为所述柔性衬底(1)的上表面面积的50%-75%。
CN202210608074.8A 2022-05-31 2022-05-31 一种穿戴式光热热电设备 Active CN114695636B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210608074.8A CN114695636B (zh) 2022-05-31 2022-05-31 一种穿戴式光热热电设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210608074.8A CN114695636B (zh) 2022-05-31 2022-05-31 一种穿戴式光热热电设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114695636A CN114695636A (zh) 2022-07-01
CN114695636B true CN114695636B (zh) 2022-08-19

Family

ID=82131063

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210608074.8A Active CN114695636B (zh) 2022-05-31 2022-05-31 一种穿戴式光热热电设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114695636B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103930755A (zh) * 2011-07-15 2014-07-16 中央科学研究中心 具有改进性能的微测热辐射计阵列
CN108831947A (zh) * 2018-06-14 2018-11-16 东华大学 一种柔性光伏热电一体化复合发电器件
WO2020086004A1 (en) * 2018-10-26 2020-04-30 National University Of Singapore Thermocouple, thermopile and devices

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110094556A1 (en) * 2009-10-25 2011-04-28 Digital Angel Corporation Planar thermoelectric generator
KR101861147B1 (ko) * 2011-11-08 2018-05-28 삼성전자주식회사 적외선 검출기

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103930755A (zh) * 2011-07-15 2014-07-16 中央科学研究中心 具有改进性能的微测热辐射计阵列
CN108831947A (zh) * 2018-06-14 2018-11-16 东华大学 一种柔性光伏热电一体化复合发电器件
WO2020086004A1 (en) * 2018-10-26 2020-04-30 National University Of Singapore Thermocouple, thermopile and devices

Also Published As

Publication number Publication date
CN114695636A (zh) 2022-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106711271B (zh) 基于半导体超表面结构的三频带近红外吸收器
Siavashi et al. Computational analysis of SWCNH nanofluid-based direct absorption solar collector with a metal sheet
Bhalla et al. Parameters influencing the performance of nanoparticles-laden fluid-based solar thermal collectors: a review on optical properties
Fei Guo et al. Metallic nanostructures for light trapping in energy-harvesting devices
Kumar et al. Progress, challenges and future prospects of plasmonic nanofluid based direct absorption solar collectors–a state-of-the-art review
Qiu et al. A perfect selective metamaterial absorber for high-temperature solar energy harvesting
JP5518835B2 (ja) 表面プラズモン共鳴生成ナノ構造を有する太陽光電池
CN101814867B (zh) 热电发电装置
Hewakuruppu et al. Limits of selectivity of direct volumetric solar absorption
Liang et al. Perfect spectrally selective solar absorber with dielectric filled fishnet tungsten grating for solar energy harvesting
Martella et al. Self-organized broadband light trapping in thin film amorphous silicon solar cells
Liu et al. Defects-assisted solar absorption of plasmonic nanoshell-based nanofluids
Jiang et al. A near-ideal solar selective absorber with strong broadband optical absorption from UV to NIR
Li et al. All-in-one single-piece flexible solar thermoelectric generator with scissored heat rectifying pn modules
CN114695636B (zh) 一种穿戴式光热热电设备
Katsumata et al. Metamaterial perfect absorber simulations for intensifying the thermal gradient across a thermoelectric device
Alzahrani et al. Graphene as a pre-illumination cooling approach for a concentrator photovoltaic (CPV) system
Chen et al. Solar-thermal conversion performance of heterogeneous nanofluids
Wang et al. Optical absorption enhancement in submicrometre crystalline silicon films with nanotexturing arrays for solar photovoltaic applications
Zhan et al. Enhanced performance of diurnal radiative cooling for solar cells based on a grating-textured PDMS photonic structure
Guo et al. Solar broadband metamaterial perfect absorber based on dielectric resonant structure of Ge cone array and InAs film
Jiang Broadband absorption of graphene from magnetic dipole resonances in hybrid nanostructure
Li et al. Surface plasmon-enhanced dual-band infrared absorber for-based microbolometer application
Oh et al. Fishnet metastructure for IR band trapping for enhancement of photovoltaic–thermoelectric hybrid systems
Shafique et al. Envisioning the future: optically transparent metasurface-based solar thermophotovoltaic with high conversion efficiency

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant