CN212463133U - 光电-热电的复合发电装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光电‑热电的复合发电装置及系统，主要涉及发电装置领域。本申请提供的复合发电装置包括：光电结构、热电结构和散热结构；由于该光电结构可以吸收较短波长的光，并将产生的电子通过二氧化钛层进行扩散，根据表面等离激元原理，在导电玻璃表面形成电子有序移动，从而形成电流；该热电层将透射波长为较长的光进行吸收，由于该热电层具有很高的热效应，将光能转化为热能传递到聚二甲基硅氧烷薄膜、第一热电臂、第二热电臂和聚对苯二甲酸乙二酯薄膜上，由于该热电结构的另一侧设置有散热结构，该导热层和多个散热翅片加快散热，由于塞贝克效应，则该聚二甲基硅氧烷薄膜和聚对苯二甲酸乙二酯薄膜之间产生电流。

Description

光电-热电的复合发电装置及系统

技术领域

本实用新型涉及发电装置领域，主要涉及一种光电-热电的复合发电装置及系统。

背景技术

近年来，全球的能源和环境面临着巨大的挑战，高新的热电材料和器件开发研究取得巨大突破，热电技术成为新的研究热点。在户外传感检测系统中，都需要利用环境能源进行自供电。

现有技术采用的技术大多为利用太阳能、水能和风能进行发电。

但现有技术的发电方法均需要特殊的环境要求，电能转化率较低，且应用范围较小。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种光电-热电的复合发电装置及系统，以解决现有技术中的发电方法均需要特殊的环境要求，电能转化率较低，且应用范围较小的问题。

为实现上述目的，本实用新型实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种光电-热电的复合发电装置，复合发电装置包括：光电结构、热电结构和散热结构；热电结构设置在散热结构的一侧，光电结构设置在热电结构远离散热结构的一侧；光电结构包括：导电玻璃、二氧化钛层和二氧化锆层；二氧化钛层设置在导电玻璃的一侧，二氧化锆层设置在二氧化钛层远离导电玻璃的一侧；热电结构包括：热电层、聚二甲基硅氧烷薄膜、聚对苯二甲酸乙二酯薄膜、第一热电臂和第二热电臂；热电层设置在二氧化锆层远离二氧化钛层的一侧，热电层、聚二甲基硅氧烷薄膜、第一热电臂、第二热电臂和聚对苯二甲酸乙二酯薄膜依次设置；散热结构包括：导热层和多个散热翅片；导热层设置在聚对苯二甲酸乙二酯薄膜远离第二热电臂的一侧，多个散热翅片设置在导热层远离第二热电臂的一侧，且每个散热翅片均与导热层垂直。

可选地，该复合发电装置还包括硅胶层，硅胶层设置在导热层和聚对苯二甲酸乙二酯薄膜之间。

可选地，该第一热电臂和第二热电臂的材料分别为碲化铋和碲化锑。

可选地，该二氧化钛层的材料为二氧化钛。

可选地，该二氧化锆层的材料为二氧化锆。

可选地，该导热层和散热翅片的材料均为铝。

可选地，该导热层的材料为石墨烯和碳黑。

可选地，该多个散热翅片的长短不同。

可选地，该每个散热翅片具有间隙。

第二方面，本申请提供一种光电-热电的复合发电系统，复合发电系统包括：蓄电池和第一方面任意一项的复合发电装置，蓄电池与复合发电装置电连接，用于将复合发电装置产生的电能进行储存。

本实用新型的有益效果是：

本申请提供的复合发电装置包括：光电结构、热电结构和散热结构；热电结构设置在散热结构的一侧，光电结构设置在热电结构远离散热结构的一侧；光电结构包括：导电玻璃、二氧化钛层和二氧化锆层，热电结构包括：热电层、聚二甲基硅氧烷薄膜、聚对苯二甲酸乙二酯薄膜、第一热电臂和第二热电臂，散热结构包括：导热层和多个散热翅片，当光照射在该导电玻璃上，由于光电结构可以吸收较短波长的光，并将产生的电子通过二氧化钛层进行扩散，根据表面等离激元原理，在导电玻璃表面形成电子有序移动，从而形成电流；较长波长的光钙钛矿未能吸收，且波长较长的光透过二氧化锆层进行传播，该热电层将透射波长为较长的光进行吸收，由于该热电层具有很高的热效应，将光能转化为热能传递到聚二甲基硅氧烷薄膜、第一热电臂、第二热电臂和聚对苯二甲酸乙二酯薄膜上，由于该热电结构的另一侧设置有散热结构，该导热层和多个散热翅片加快散热，使得该聚对苯二甲酸乙二酯薄膜相对于该聚二甲基硅氧烷薄膜的温度较低，从而使得该聚二甲基硅氧烷薄膜和聚对苯二甲酸乙二酯薄膜之间存在较大的温度差，由于塞贝克效应，则该聚二甲基硅氧烷薄膜和聚对苯二甲酸乙二酯薄膜之间产生电流；由于本申请同时采用太阳能发电和温差发电，且太阳能发电和温差发电充分的将太阳光进行充分利用，效率远高于单纯的太阳能发电，从而提高了电能转化率，并且无特殊的环境要求，使得本申请的复合发电装置应用范围较广。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型一实施例提供的一种光电-热电的复合发电装置的结构示意图；

图2为本实用新型一实施例提供的热电发电装置的热电结构的结构示意图；

图3为本实用新型一实施例提供的另一种热电发电装置的热电结构的截面图。

图标：10-光电结构；11-导电玻璃；12-二氧化钛层；13-二氧化锆层；20-热电结构；21-热电层；22-聚二甲基硅氧烷薄膜；23-第一热电臂；24-第二热电臂；25-聚对苯二甲酸乙二酯薄膜；30-散热结构；31-导热层；32-散热翅片。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一金属板实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型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实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了使本实用新型的实施过程更加清楚，下面将会结合附图进行详细说明。

图1为本实用新型一实施例提供的一种光电-热电的复合发电装置的结构示意图；图2为本实用新型一实施例提供的热电发电装置的热电结构的结构示意图；图3为本实用新型一实施例提供的另一种热电发电装置的热电结构的截面图，如图1、图2和图3所示，本申请提供一种光电-热电的复合发电装置，复合发电装置包括：光电结构10、热电结构20和散热结构30；热电结构20设置在散热结构30的一侧，光电结构10设置在热电结构20远离散热结构30的一侧；光电结构10包括：导电玻璃11、二氧化钛层12和二氧化锆层13；二氧化钛层12设置在导电玻璃11的一侧，二氧化锆层13设置在二氧化钛层12远离导电玻璃11的一侧；热电结构20包括：热电层21、聚二甲基硅氧烷薄膜22、聚对苯二甲酸乙二酯薄膜25、第一热电臂23和第二热电臂24；热电层21设置在二氧化锆层13远离二氧化钛层12的一侧，热电层21、聚二甲基硅氧烷薄膜22、第一热电臂23、第二热电臂24和聚对苯二甲酸乙二酯薄膜25依次设置；散热结构30包括：导热层31和多个散热翅片32；导热层31设置在聚对苯二甲酸乙二酯薄膜25远离第二热电臂24的一侧，多个散热翅片32设置在导热层31远离第二热电臂24的一侧，且每个散热翅片32均与导热层31垂直。

本申请提供的复合发电装置包括光电结构10、热电结构20和散热结构30，该光电结构10、热电结构20和散热结构30由上到下依次设置，该光电结构10包括：导电玻璃11、二氧化钛层12和二氧化锆层13；热电结构20包括：热电层21、聚二甲基硅氧烷薄膜22、第一热电臂23和第二热电臂24、聚对苯二甲酸乙二酯薄膜25、散热结构30包括：导热层31和多个散热翅片32，该导电玻璃11、该二氧化钛层12、该二氧化锆层13、热电层21、聚二甲基硅氧烷薄膜22、第一热电臂23、第二热电臂24、聚对苯二甲酸乙二酯薄膜25、导热层31和多个散热翅片32由上到下依次设置，该导电玻璃11一般为FTO玻璃层，可以将照射在该导电玻璃11上的太阳光进行透射或反射，透过该导电玻璃11的光扩散在二氧化钛层12和二氧化锆层13，二氧化锆层13上的钙钛矿可吸收较短波长的光并激发电子空穴对，电子通过二氧化钛层12进行扩散，使得该导电玻璃11靠近在二氧化钛层12的一侧产生表面等离激元，即该导电玻璃11上产生电流。穿过二氧化锆层12较长波长的光被热电层21吸收，并被热电层21转化为热能，热电层21将转化的热能传递到聚二甲基硅氧烷薄膜22、第一热电臂23、第二热电臂24、聚对苯二甲酸乙二酯薄膜25，该第一热电臂23和第二热电臂24中分别存在大量的游离电子和空穴，并且由于该聚对苯二甲酸乙二酯薄膜25远离该第二电臂的一侧依次设置有导热层31和多个散热翅片32，使得大量的热通过导热层31传递到多个散热翅片32上，多个散热翅片32加快了热量的散失，使得该苯二甲酸乙二酯薄膜的温度急剧降低，从而使得该聚二甲基硅氧烷薄膜22和聚对苯二甲酸乙二酯薄膜25之间存在较大的温差，且该苯二甲酸乙二酯薄膜为热电结构20的低温端，该聚二甲基硅氧烷薄膜22为该热电结构20的高温端，并且由于该第一热电臂23和第二热电臂24中分别存在大量的游离电子和空穴，由于塞贝克效应，该聚二甲基硅氧烷薄膜22和聚对苯二甲酸乙二酯薄膜25产生电流，该光电结构10部分将太阳光中的较短波长之间的光能转化为电能，该热电结构20将将太阳光中的较长波长之间的光能先转化为热能，再转化为电能，由于本申请同时采用太阳能发电和温差发电，且太阳能发电和温差发电充分的将太阳光进行充分利用，效率远高于单纯的太阳能发电，从而提高了电能转化率，并且无特殊的环境要求，使得本申请的复合发电装置应用范围较广，在本申请中，第一热电臂23和第二热电臂24设计为连通的长方形薄膜结构，相当于将多个p-n热电薄膜器件的输出电压串联，可以提高热电结构的输出性能，一般的，该二氧化锆层12上的钙钛矿吸收光的波长为0nm-800nm，热电层21吸收光的波长为800nm-1400nm。

名词解释，导电玻璃11为掺杂氟的SnO₂导电玻璃11(SnO2:F)，简称为FTO，其综合性能常用直属FTC来评价：FTC＝T10/RS。T是薄膜的透光率RS是薄膜的方阻值；在光学应用方面，则要求其对可见光有好的透射性和对红外有良好的反射性。

塞贝克效应，是指由于两种不同电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间的电压差的热电现象。该效应的效率高低用ZT值来表征，其定义为ZT＝S²σT/k，(S为塞贝克系数，σ为电导率，T为绝对温度，k为热导率)。

可选地，该复合发电装置还包括硅胶层(图中未示出)，硅胶层设置在导热层31和聚对苯二甲酸乙二酯薄膜25之间。

硅胶层设置在导热层31和聚对苯二甲酸乙二酯薄膜25之间，硅胶层将苯二甲酸乙二酯薄膜的温度快速传递到该导热层31上，并且该硅胶层具有一定弹性，可以在该复合发电装置在热能的作用下发生形变的时候，对该导热层31和散热翅片32进行保护。

可选地，该第一热电臂23和第二热电臂24的材料分别为碲化铋和碲化锑。

由于碲化铋和碲化锑都是半导体材料，具有较好的导电性，则碲化铋具有大量的游离电子，碲化锑具有大量的游离空穴，并且碲化铋和碲化锑导热性较差，则该第一热电臂23和第二热电臂24在提供大量游离电子和空穴的时候，还可以保持该热电结构20内部的温度，使得该聚二甲基硅氧烷薄膜22和聚对苯二甲酸乙二酯薄膜25之间的温差持续时间更长，进而使得该热电效应产生的电量效率更高。

可选地，该二氧化钛层12的材料为二氧化钛。

可选地，该二氧化锆层13的材料为二氧化锆。

可选地，该导热层31和散热翅片32的材料均为铝。

可选地，该导热层31的材料为石墨烯和碳黑。

该石墨烯和碳黑组成了导热层31，该导热层31中石墨烯和碳黑的比例和具体的量根据实际需要进行设置，在此不做具体限定，由于该石墨烯和碳黑具有较高的导热性，能够快速的将热能转移到热电结构20的高温端，与散热结构30的低温端形成温度梯度用于发电。

可选地，该多个散热翅片32的长短不同。

多个长短不同的散热翅片32一次设置，并且由于每个散热翅片32均与导热层31垂直，则将多个该散热翅片32按照一定的顺序进行排列使得该多个散热翅片32均与水平面具有一定夹角，当将该复合发电装置进行设置时，倾斜设置的多个该散热翅片32具有很高的抗风能力。

可选地，该每个散热翅片32具有间隙。

每个散热翅片32具有间隙，空气穿过散热翅片32的缝隙使其温度快速降低，增大该热电结构20高温端和低温端之间的温差。

可选地，该光电结构10的制备方法为将导电玻璃11用水和乙醇进行超声波清洗，然后，用气溶胶喷雾在该衬底上涂上1μm厚的致密二氧化钛层12，通过丝网印刷技术在二氧化钛层12上依次涂覆2μm的二氧化锆层13和10μm的石墨烯/碳黑混合物薄膜14，在50℃条件下干燥，完成TiO₂/ZrO₂/石墨烯、碳黑三层薄膜的制备，将甲胺铅碘(CH₃NH₃PbI₃)溶液滴加在制备好的样品表面使其渗入到整个器件，置于50℃热板上加热1h得到含有钙钛矿的光电结构10，其中，二氧化钛层12的作用是作为电子传输层收集电子，二氧化锆层13为钙钛矿电池的介孔绝缘层，用于钙钛矿材料结晶的支架。该光电结构10的制备方法为通过丝网印刷技术在二氧化锆层13上涂覆10μm的热电层21，在该热电层21上表面用匀胶机进行聚二甲基硅氧烷薄膜22的制备，分别称取碲化铋(Bi₂Te₃)和碲化锑(Sb₂Te₃)基热电材料，将其分别与乙基纤维素和松油醇以1:10:1的比例混合得到n型碲化铋(Bi₂Te₃)和p型碲化锑(Sb₂Te₃)热电浆料，通过丝网印刷法在聚二甲基硅氧烷薄膜22基底上印刷多行碲化铋(Bi₂Te₃)浆料，重复2-3次，每次印刷后在热台上300℃加热30min进行固化，形成第一热电臂23，在每行第一热电臂23的两端及相邻两行的第一热电臂23之间印刷碲化锑(Sb₂Te₃)浆料形成连通结构，重复上述印刷和固化过程，得到第二热电臂24，在第二热电臂24上通过旋涂法制备聚对苯二甲酸乙二酯薄膜25，从而得到热电结构20。

本申请提供的复合发电装置包括：光电结构10、热电结构20和散热结构30；热电结构20设置在散热结构30的一侧，光电结构10设置在热电结构20远离散热结构30的一侧；光电结构10包括：导电玻璃11、二氧化钛层12和二氧化锆层13，热电结构20包括：热电层21、聚二甲基硅氧烷薄膜22、聚对苯二甲酸乙二酯薄膜25、第一热电臂23和第二热电臂24，散热结构30包括：导热层31和多个散热翅片32，当光照射在该导电玻璃11上，由于该导电玻璃11可以吸收较短波长的光，并将吸收的光通过二氧化钛层12和二氧化锆层13进行扩散，根据表面等离激元远离，在导电玻璃11表面形成电子有序移动，从而形成电流；该热电层21将透射波长较长的光进行吸收，由于该热电层21具有很高的热效应，将光能转化为热能传递到聚二甲基硅氧烷薄膜22、第一热电臂23、第二热电臂24和聚对苯二甲酸乙二酯薄膜25上，由于该热电结构20的另一侧设置有散热结构30，该导热层31和多个散热翅片32加快散热，使得该聚对苯二甲酸乙二酯薄膜25相对于该聚二甲基硅氧烷薄膜22的温度较低，从而使得该聚二甲基硅氧烷薄膜22和聚对苯二甲酸乙二酯薄膜25之间存在较大的温度差，由于温差发电原理，则该聚二甲基硅氧烷薄膜22和聚对苯二甲酸乙二酯薄膜25之间产生电流；由于本申请同时采用太阳能发电和温差发电，且太阳能发电和温差发电充分的将太阳光进行充分利用，效率远高于单纯的太阳能发电，从而提高了电能转化率，并且无特殊的环境要求，使得本申请的复合发电装置应用范围较广。

本申请提供一种光电-热电的复合发电系统，复合发电系统包括：蓄电池和上述任意一项的复合发电装置，蓄电池与复合发电装置电连接，用于将复合发电装置产生的电能进行储存。

一般的，该光电结构10的正极和该热电结构20的负极电连接，该光电结构10的负极和该热电结构20的正极分别与该蓄电池的两端电连接，使得该光电结构10和该热电结构20形成的电源之间串联。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光电-热电的复合发电装置，其特征在于，所述复合发电装置包括：光电结构、热电结构和散热结构；所述热电结构设置在所述散热结构的一侧，所述光电结构设置在所述热电结构远离所述散热结构的一侧；

所述光电结构包括：导电玻璃、二氧化钛层和二氧化锆层；所述二氧化钛层设置在所述导电玻璃的一侧，所述二氧化锆层设置在所述二氧化钛层远离所述导电玻璃的一侧；

所述热电结构包括：热电层、聚二甲基硅氧烷薄膜、聚对苯二甲酸乙二酯薄膜、第一热电臂和第二热电臂；所述热电层设置在所述二氧化锆层远离所述二氧化钛层的一侧，所述热电层、所述聚二甲基硅氧烷薄膜、所述第一热电臂、所述第二热电臂和所述聚对苯二甲酸乙二酯薄膜依次设置；

所述散热结构包括：导热层和多个散热翅片；所述导热层设置在所述聚对苯二甲酸乙二酯薄膜远离所述第二热电臂的一侧，多个所述散热翅片设置在所述导热层远离所述第二热电臂的一侧，且每个所述散热翅片均与所述导热层垂直。

2.根据权利要求1所述的光电-热电的复合发电装置，其特征在于，所述复合发电装置还包括硅胶层，所述硅胶层设置在所述导热层和所述聚对苯二甲酸乙二酯薄膜之间。

3.根据权利要求1所述的光电-热电的复合发电装置，其特征在于，所述第一热电臂和所述第二热电臂的材料分别为碲化铋和碲化锑。

4.根据权利要求1所述的光电-热电的复合发电装置，其特征在于，所述二氧化钛层的材料为二氧化钛。

5.根据权利要求1所述的光电-热电的复合发电装置，其特征在于，所述二氧化锆层的材料为二氧化锆。

6.根据权利要求1所述的光电-热电的复合发电装置，其特征在于，所述导热层和所述散热翅片的材料均为铝。

7.根据权利要求1所述的光电-热电的复合发电装置，其特征在于，所述导热层的材料为石墨烯和碳黑。

8.根据权利要求1所述的光电-热电的复合发电装置，其特征在于，多个所述散热翅片的长短不同。

9.根据权利要求8所述的光电-热电的复合发电装置，其特征在于，每个所述散热翅片具有间隙。

10.一种光电-热电的复合发电系统，其特征在于，所述复合发电系统包括：蓄电池和权利要求1-8任意一项所述的复合发电装置，所述蓄电池与所述复合发电装置电连接，用于将所述复合发电装置产生的电能进行储存。

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