荧光波导集光式光伏‑光热复合发电装置的制作方法

本发明属于新能源技术领域，涉及激光无线传输能量的光伏-光热综合发电或太阳能的光伏-光热综合发电应用，具体涉及一种荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置。

背景技术：

太阳每年辐射至地球表面的能量约为3×10²⁴焦耳，相当于目前全球商业能源消耗量的10000倍左右。因此，太阳能作为一种清洁、环保和广泛持久存在的新能源，是人类社会应对能源短缺、气候变化与节能减排的重要选择之一。将太阳能发电通过激光无线传输后并进行光电转换和光热转换，能够推动太阳能的更广泛运用，并可以开拓太阳能应用新领域，是一个十分具有诱人商业前景的重要发展方向，如：在太空航天器、无人飞行器、机器人、无人舰船、无人车辆、工程设备等领域将有广阔的应用前景。现阶段，太阳能发电一般主要采用热发电和光伏发电两种发电方式。热发电是将太阳辐射能转换成热能并加以发电应用；光伏发电是将半导体等材料的光伏效应原理制造太阳电池，将光能转换为电能；太阳能光伏发电可以直接转化太阳光能为电能，不需要燃料资源，也不会产生污染问题，同时具有许多优势，如维护难度较小，建设周期较短，不会产生噪声、能量获取容易等。因此近些年来，光伏发电得到了较快发展。但是，目前光伏发电在能源市场中所占比重还不太高，阻碍其发展的主要因素之一是其转化效率还不太高的问题。当一束光线照射在太阳电池平整的硅片上时，约有32.6％的太阳光会被反射，硅太阳电池只能吸收67.4％的阳光，这意味着近三分之一的太阳光被反射浪费掉了，从经济和效率的角度来看，这种情况已成为太阳能吸收利用的主要障碍之一；而且太阳电池材料本身的光谱响应特性也造成大量浪费在短波光子被硅吸收后以热量的方式释放出来，许多被白白浪费掉，这部分占总能量的32％；波长大于截止波长的光子基本不能够被吸收，这部分约占总能量的19％。所以目前人们在开展聚光太阳能光伏发电技术的开发应用方面取得了一定的进展，即通过采用透镜或者反射镜将光聚集到狭小的面积上来提高光伏电池的输出功率，但也存在显著的热效应问题，从而会损害光伏电池的发电效率。荧光波导集光技术与传统聚光太阳能技术相比具有相似点，都是将光聚集到小面积的光伏电池上来提高单位面积光伏电池的发电功率，但荧光波导集光技术比传统聚光太阳能技术相比较具有较多优势，如：聚光方式不受太阳光入射角的影响，所以即可以吸收直接光也可以吸收散射光，但目前采用的荧光波导集光技术仍存在明显的技术缺陷，如：当光照射在荧光波导集光层表面，会有部分光被反射，同时由于单层荧光光波导中的荧光材料吸收光谱范围有限，只能够吸收部分光谱，有部分光会反射或折射逃逸，其它光谱会透过荧光光波导，会造成损耗；对于荧光材料吸收光谱后产生的荧光，在传输过程中也会有部分荧光逃逸出荧光光波导层，形成能量损耗；在激光或者太阳光(或太阳聚光)长时间辐照下，荧光光波导层的温度会升高，会产生一定的热效应，从而影响光伏电池的光电转换效率；装置温度的升高不光会影响光伏电池的正常工作，而且这部分产生热效应的能量会白白浪费掉，会造成部分能量的损失。

如何能够提高无线传输激光后的光电转换效率；如何能够提高太阳能(或太阳聚光)的光电转换效率；如何能够将荧光光波导层工作中产生的热量加以综合利用，来提高荧光光波导层和光伏电池以及整个装置的工作效率；如何能够进一步增强对激光或太阳光(或太阳聚光)的吸收，如何能够减小对激光或太阳光(或太阳聚光)反射造成的能量损失；如何能够将激光传输或太阳光(或太阳聚光)辐照后产生的光伏发电效应与光热发电效应有机结合并加以综合利用等，这些都急待人们去解决。

技术实现要素：

针对当前激光无线传输能量并进行电能转换方面存在的技术问题，以及太阳能(或太阳聚光)光伏发电技术及装置发展中存在的系列问题，本发明提供一种荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置，包括两种类型：激光型荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置、太阳能型荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置；所述两种类型装置均包括：微纳米光陷阱层、透光导热层、荧光波导集光式光伏-光热复合发电层；所述荧光波导集光式光伏-光热复合发电层包括：荧光波导集光器、导热层、热电温差发电器、光伏发电器、散热器；所述微纳米光陷阱层通过透光导热层与荧光波导集光式光伏-光热复合发电层的荧光波导集光器相连接；所述荧光波导集光式光伏-光热复合发电层中荧光波导集光器的一侧面与侧面光伏发电器相连接，另一侧面通过另一侧面导热层与另一侧面热电温差发电器热端相连接；所述另一侧面热电温差发电器冷端与另一侧面散热器相连接；所述荧光波导集光器的下端面通过导热层与下端面的热电温差发电器热端相连接；所述下端面热电温差发电器的冷端与下端面散热器相连接；所述激光型荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置在激光辐照下能够产生光伏发电效应和光热发电效应，并能够对外输出光伏-光热综合发电的电能；所述太阳能型荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置在太阳光(或太阳聚光)辐照下能够产生光伏发电效应和光热发电效应，并能够对外输出光伏-光热综合发电的电能。

上述方案中，所述透光导热层具有透光和导热的双重作用，包括一层或多层；所述透光导热层与荧光波导集光器的上端面或下端面紧密相连接，构成透光导热的荧光波导集光式光伏-光热复合发电整体结构；透光导热层即能够使激光或太阳光(或太阳聚光)通过，也能够快速传输荧光波导集光器工作时产生的热量，能够降低光伏发电器工作时的温度，提高光电转换效率；所述透光导热层包括：石墨烯薄膜、石墨烯复合薄膜、石墨烯涂料层、金刚石薄膜、硅基底金刚石薄膜、硅基底石墨烯薄膜、硅基底透明导热薄膜、有机高分子薄膜、纳米材料薄膜、复合材料薄膜。

上述方案中，所述激光型荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置包括：能够分别接受单束激光、多束激光、多束多种波长激光辐照后并能够产生光伏-光热复合发电效应；所述太阳能型荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置包括：能够分别接受太阳光或太阳聚光辐照后并能够产生光伏-光热复合发电效应；所述荧光波导集光式光伏-光热复合发电层中荧光波导集光器至少一个，包括多个；所述多个荧光波导集光器的每个荧光波导集光器上端面和下端面均与透光导热层或导热层紧密相结合，顺次叠置构成透光导热的荧光波导集光式光伏-光热复合发电整体结构；所述光伏发电器包括：光伏电池；所述光伏发电器至少一个，包括多个；所述散热器至少一个，包括多个。

上述方案中，所述荧光波导集光器包括：将荧光材料沉积于透明介质表面，或者分散于透明介质中制成荧光波导层，荧光材料能够吸收激光或太阳光(或太阳聚光)辐照并发射荧光；激光或太阳光(或太阳聚光)在荧光波导层内被转化成荧光后，受光波导效应的制约，大部分荧光进入光波导传输模式向侧面或底端面传输，进入侧面或底端面耦合的光伏发电器，实现光电转换；在荧光波导集光器上端面和下端面的一层或多层透明导热层能够将大部分热量传输给侧面或底端面的热电温差发电器的热端，实现光热发电转换；在侧面或底端面的热电温差发电器的冷端分别与侧面或底端面的散热器相连接；所述荧光波导集光器包括：侧面耦合光伏发电器的荧光波导集光器、底端面耦合光伏发电器的荧光波导集光器、侧面与底端面都耦合光伏发电器的荧光波导集光器；所述荧光波导集光器还包括：单层结构荧光波导集光器、叠层结构荧光波导集光器；所述叠层结构荧光波导集光器包括：两层或两层以上荧光波导集光器顺次构成叠层结构；所述叠层结构荧光波导集光器之间设置的透光导热层具有透光功能，并能够将各层荧光波导集光器工作时产生的热量传输给热电温差发电器的热端。

上述方案中，所述荧光材料包括：有机荧光染料材料、量子点荧光材料、纳米荧光材料、纳米长余辉荧光材料、稀土荧光材料、荧光薄膜材料、荧光条纹材料、荧光图案材料、各向异性荧光材料；所述单层结构荧光波导集光器只采用一层荧光光波导集光器对激光或太阳光(或太阳聚光)进行吸收、传输；所述叠层结构荧光波导集光器包括：将多个不同吸收波段或发射波段的单层荧光波导集光器上下叠置；所述叠层结构荧光波导集光器的每一层光波导可以吸收不同波段的激光或太阳光，每一层所采用荧光材料不相同，其荧光材料发射波长与侧面或底端面的光伏发电器吸收波段相匹配，能够提高光电转换效率。

上述方案中，所述单层结构荧光波导集光器上端面通过透光导热层与微纳米光陷阱层相连接；所述单层结构荧光波导集光器下端面有下端面反光层和下端面导热层；所述下端面反光层包括：反光镜；所述下端面导热层在下端面反光层下端，其下端面导热层与下端面热电温差发电器的热端相连接；所述叠层结构荧光波导集光器上端面通过透光导热层与微纳米光陷阱层相连接，其下端面有下端面反光层和下端面导热层；所述下端面导热层在下端面反光层下端，其下端面导热层与下端面热电温差发电器的热端相连接；所述叠层结构荧光波导集光器的各层间透光导热层将热量传输给侧面或底端面的热电温差发电器的热端，并产生热电温差发电效应，即能够降低荧光波导集光器和光伏电池的工作温度，也能够提高光伏发电器的光电转换效率。

上述方案中，所述微纳米光陷阱层包括：纳米线、光子晶体、纳米棒、纳米管、纳米球、纳米颗粒、纳米沟槽、微米沟槽、纳米锥、微米锥、微米球、微纳米结构复合材料、微纳米结构材料涂层、黑硅、黑色金属；所述微纳米光陷阱层的微纳米结构材料的直径、长度、形态、分布、复合方式等参数均可根据使用的具体需要进行设计调节，能够形成有效的微纳米捕光“天线”结构形态，能够形成多次反射或折射，使其对光的反射损失率降低，提高陷光、捕光效率，构成高效的微纳米光陷阱层。

上述方案中，所述微纳米光陷阱层中的黑硅其硅材料表面具有微纳米结构及阵列，其中包括：圆锥或微锥形态阵列结构、柱状阵列结构、孔状阵列结构、絮状结构、微纳双重结构阵列；所述微纳双重结构阵列包括：由规则排列的微米量级的尖锥阵列以及无序排列在尖锥阵列表面的纳米量级的多孔层构成；所述黑硅由于陷光能力强，其表面呈黑色。

上述方案中，所述微纳米光陷阱层中的黑色金属其金属表面具有微纳米复合结构，其中包括：微纳米多孔嵌套结构；所述黑色金属由于金属纳米颗粒通过激发表面等离激元和形成局域表面等离激元共振，入射光大部分能量耦合到表面等离子波，使反射光能量急剧减少，来实现抗反射效果；所述微纳米多孔嵌套结构其中包括：由微纳米大尺寸的凹坑里嵌套着微纳米小尺寸的孔洞构成，呈现黑色，具有宽谱抗反射效果；所述黑色金属其中包括：表面具有微纳米结构的金、银、铂、钛、铝、钨。

上述方案中，所述微纳米光陷阱层中的微纳米结构材料涂层包括：单层微纳米结构材料涂层、多层微纳米结构材料涂层，其中包括：黑色涂层、碳黑涂层、镍磷合金涂层、碳纳米管涂层、石墨烯涂层、纳米材料构成的梯度折射率涂层、特殊凸起或凹陷结构涂层。

上述方案中，所述热电温差发电器包括：热端、热电层、冷端；所述热电层以温差发电片为基体；温差发电片通过串-并联链接起来组成发电模块；温差发电片单体与温差发电片单体之间的框型缝隙通过绝热材料填满，防止热量从发电模块的热端直接流向冷端；所述热端的一面与热电层相连接；所述热端的另一面通过导热层与荧光波导集光器的侧面或者底端面相连接；所述热电层中温差发电片包括：n型热电元件、P型热电元件；所述n型热电元件、P型热电元件交替排列；所述n型热电元件与相邻的P型热电元件的顶端或底端相连接；每个n型热电元件的顶端或底端仅与一个相邻的P型热电元件连接；每个P型热电元件的顶端或底端仅与一个相邻的n型热电元件相连接；热电温差发电器的冷端与散热器相连接；当激光或者太阳光辐照时产生的热量通过导热层传输至热电温差发电器的热端，由于热电温差发电器的热端与冷端产生的温差驱使热电温差发电器进行发电并对外输出电量。

上述方案中，所述光伏发电器的光伏电池包括：纳米硅薄膜叠层太阳电池、量子点/纳米宽带谱太阳电池、纳米结构太阳电池、硅纳米线太阳电池、聚合物/纳米粒子结构太阳电池、有机薄膜太阳电池、非晶硅薄膜太阳电池、微(多)晶硅薄膜太阳电池、铝铟镓磷光伏电池、镓(铟)砷光伏电池、硅(鍺)光伏电池、铜铟硒基薄膜太阳电池、碲化镉薄膜太阳电池、砷化镓太阳电池、聚合物/富勒稀有机光伏电池、染料敏化太阳电池、高分子光伏电池、化合物半导体光伏电池、晶硅太阳电池。

上述方案中，所述散热器包括：翅片散热器、水循环散热器、油循环散热器、纳米材料流体散热器、传热介质散热器。

本发明提供的荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置的工作过程如下：

当多束激光束(具有不同的波长)或太阳光(或太阳聚光)照射在荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置的中的微纳米光陷阱层，微纳米光陷阱层的微纳米材料能够形成多次反射或折射，产生陷光效应，能够使其对光的反射损失率降低，提高捕光效率；光通过透光导热层，照射在荧光波导集光式光伏-光热复合发电层；荧光波导集光式光伏-光热复合发电层包括：单层结构荧光波导集光器、叠层结构荧光波导集光器；叠层结构荧光波导集光器包括：两层至多层荧光波导集光器从上至下顺序叠置，层与层之间设置有透光导热层，并构成透光导热的荧光波导集光式叠层整体结构。

当多束激光束(具有不同的波长)或太阳光(或太阳聚光)照射在荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置的中的微纳米光陷阱层(以三叠层结构荧光波导集光器为说明例子)，通过透光导热层后短波激光或太阳光(或太阳聚光)进入上层荧光波导集光器；上层荧光波导集光器中荧光材料吸收短波长激光或太阳光后发射出荧光，大部分荧光由于入射角大于全反射的临界角而被全反射，折回光波导层内，在上层荧光波导集光器上下两个平行表面间来回反射并向侧面传输，全反射荧光进入了光波导的传输模式，传到上层光波导侧面的荧光进入上层荧光波导集光器侧面耦合的光伏电池，从而实现光电转换。微纳米光陷阱层与上层荧光波导集光器之间的透光导热层和上层荧光波导集光器下端面透光导热层具有透光功能，并能够将多束激光束(具有不同的波长)或太阳光(或太阳聚光)辐照微纳米光陷阱层时产生的热量、上层荧光波导集光器工作产生的热量、上层荧光波导集光器中荧光材料吸收激光或太阳光产生的热量、上层一侧面光伏电池工作产生的热量快速传输给另一侧面的热电温差发电器的热端；另一侧面的温差热电发电器的冷端与另一侧面的散热器相连接；由于另一侧面的温差热电发电器的热端与冷端形成的温差产生了热电效应，因此另一侧面的温差热电发电器能够对外输出光热发电的电量。透光导热层即可以使多束激光束(具有不同的波长)或太阳光(或太阳聚光)透过进入荧光波导集光式光伏-光热复合发电层，也可以将荧光波导集光式光伏-光热复合发电层工作时产生的热量快速传输出去，使上层侧面的光伏发电器工作温度得到降低，使光电转换效率得到提高。

当多束激光束(具有不同的波长)或太阳光(或太阳聚光)照射在荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置中的微纳米光陷阱层，中波长激光或太阳光(或太阳聚光)进入中层荧光波导集光器；中层荧光波导集光器中荧光材料吸收中波长激光或太阳光(或太阳聚光)后发射出荧光，大部分荧光由于入射角大于全反射的临界角而被全反射，折回光波导层内，在中层荧光波导集光器上下两个平行表面间来回反射向侧面传输，进入了光波导的传输模式，传到光波导侧面的荧光进入中层荧光波导集光器侧面耦合的光伏电池，从而实现光电转换。在中层荧光波导集光器的上端面、下端面设置的透光导热层具有透光功能，并可以将中层荧光波导集光器中的荧光材料吸收激光或太阳光(或太阳聚光)后产生的热量、中层荧光波导集光器工作中产生的热量、中层荧光波导集光器侧面耦合的光伏电池工作时产生的热量等传输给另一侧面的热电温差发电器的热端；另一侧面的温差热电发电器的冷端与另一侧面的散热器相连接；由于另一侧面的温差热电发电器的热端与冷端形成的温差产生了热电效应，因此另一侧面的温差热电发电器能够对外输出光热发电的电量。

当多束激光束(具有不同的波长)或太阳光(或太阳聚光)照射在荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置中的微纳米光陷阱层，长波长激光或太阳光(或太阳聚光)进入下层荧光波导集光器；下层荧光波导集光器中荧光材料吸收长波长激光或太阳光(或太阳聚光)后发射出荧光，大部分荧光由于入射角大于全反射的临界角而被全反射，折回光波导层内，在下层荧光波导集光器上下两个平行表面间来回反射向侧面传输，进入了光波导的传输模式，传到光波导侧面的荧光进入下层荧光波导集光器侧面或底端面耦合的光伏电池；由于底端面设置有反射层；所述反射层在底端面耦合光伏电池的下端，并与下端面导热层相连接；下端面导热层与下端面热电温差发电器热端相连接；下端面热电温差发电器冷端与下端面散热器相连接；反射层可以减少荧光逃逸并提高集光效果，可以使部分传输荧光重新进入光波导模式，被侧面或底端面耦合的光伏电池再吸收利用；因此不能完全吸收的光和逃逸荧光在反射层作用下能够被反射回光波导再利用；由于底端面光伏电池可以同时吸收直接照射激光或太阳光，以及吸收荧光光波导传输来的荧光，还有底端面反射层再反射传输的荧光，因此光电转换效率能够显著提高。在下层荧光波导集光器的上端面、下端面设置的透光导热层具有透光功能，并可以将下层荧光波导集光器中的荧光材料吸收激光或太阳光后产生的热量、下层荧光波导集光器工作中产生的热量、下层荧光波导集光器侧面耦合光伏电池工作时产生的热量等传输给另一侧面或底端面的热电温差发电器的热端；由于另一侧面或底端面的温差热电发电器的热端与冷端形成的温差产生了热电效应，因此温差热电发电器能够对外输出光热发电的电量。

在多束激光束(具有不同的波长)或太阳光(或太阳聚光)照射在荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置中的微纳米光陷阱层后，装置由于将多个不同吸收波段/发射波长的单层荧光波导集光器按照从短波到长波顺序上下叠置，并将多层透光导热层与每层荧光波导集光器紧密相结合，即可以降低每层荧光波导集光器工作温度和光伏发电器的工作温度，也能够提高光电转换效率；由于每层荧光波导集光器采用的荧光材料各不相同，从上到下吸收波段/发射波长由短波向长波顺序变化，侧面耦合的光伏电池吸收波长与荧光材料的发射波长相匹配，由宽禁带向窄禁带顺序改变，从而实现分波段吸收利用多束激光束(具有不同的波长)或太阳光(或太阳聚光)，进一步提高了装置的光电转换效率。

荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置能够产生荧光波导集光式的光伏发电效应和光热发电效应，能够对外输出光伏发电和光热发电的综合电量。

实施本发明的荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置具有以下有益效果：

a、本发明装置采用的一层或多层透光导热层与单层结构荧光波导集光器或叠层结构荧光波导集光器紧密相结合，构成透光导热的荧光波导集光式光伏-光热复合发电整体结构；透光导热层即可以使多束激光束(具有不同的波长)或太阳光(或太阳聚光)透过进入荧光波导集光式光伏-光热复合发电层，也可以将荧光波导集光式光伏-光热复合发电层工作时产生的热量快速传输出去；透光导热层能够传输出去的热量包括：多束激光束(具有不同的波长)或太阳光(或太阳聚光)辐照微纳米光陷阱层时产生的热量、荧光波导集光器工作产生的热量、荧光波导集光器中荧光材料吸收激光或太阳光时产生的热量、侧面光伏电池工作产生的热量；这样可以使装置中的光伏发电器工作温度得到降低，使其光电转换效率得到提高；透光导热层还能够将荧光波导集光器工作产生的热量传输给侧面或底端面耦合的热电温差发电器热端，装置能够产生热电温差发电；因此本发明装置能够高效率地产生光伏-光热复合发电效应，装置工作热稳定性也较高。

b、本发明装置采用叠层结构荧光波导集光器，由于将多个不同吸收波段/发射波长的单层荧光波导集光器按照从短波到长波顺序上下叠置，并将多层透光导热层与每层荧光波导集光器紧密相结合，即可以降低每层荧光波导集光器和光伏发电器的工作温度，也能够提高光电转换效率；由于每层荧光波导集光器采用的荧光材料各不相同，从上到下吸收波段/发射波长由短波向长波顺序变化，其每层荧光波导集光器采用荧光材料的发射波长与侧面或底端面耦合的光伏电池吸收波长相匹配，由宽禁带向窄禁带顺序改变，从而实现分波段吸收利用多束激光束(具有不同的波长)或太阳光(或太阳聚光)，进一步提高了装置的光电转换效率。

c、本发明装置采用微纳米光陷阱层，微纳米光陷阱层的微纳米结构材料的直径、长度、形态、分布、复合方式等参数均可根据使用的具体需要进行设计调节，能够形成有效的微纳米捕光“天线”结构形态，能够形成多次反射或折射，使其对光的反射损失率降低，提高陷光、捕光效率，构成了高效的微纳米光陷阱层，提高了装置对激光或太阳光的利用率。

d、本发明装置采用反射层，可以减少荧光逃逸并提高集光效果，可以使部分传输荧光重新进入光波导模式，被侧面或底端面耦合的光伏电池再吸收利用；因此初始不能完全吸收的光和初始逃逸荧光在反射层作用下能够被反射回光波导层再利用，因此光电转换效率能够显著提高。

e、本发明装置采用荧光波导集光器的光伏发电与透光导热层结合热电温差发电构成的双重发电效应，使本发明装置的工作效率得到显著提高，能够对外输出光伏发电和光热发电的综合电量；本发明装置能够运用于激光无线传输能量发电或太阳能发电，其运用领域十分广阔，如：航天航空器、无人飞行器、机器人、无人车辆、无人舰船、工程设备等。

附图说明：

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，

附图中：

图1是荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置的结构示意图；

图2是单层结构荧光波导集光器的结构剖面示意图；

图3是叠层结构荧光波导集光器的结构剖面示意图；

图4是底端面耦合光伏电池的叠层结构荧光波导集光器的结构剖面示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更清楚的理解，现对照附图1、附图2、附图3、附图4详细说明本发明的具体实施方式。

实施例1：

本发明荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置的实施例1采用激光型荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置，其结构示意图见图1所示；并采用单层结构荧光波导集光器，其结构示意图见图2所示，包括：微纳米光陷阱层1、透光导热层2、荧光波导集光式光伏-光热复合发电层；所述荧光波导集光式光伏-光热复合发电层包括：荧光波导集光器3、导热层4、热电温差发电器5、光伏发电器6、散热器7；所述微纳米光陷阱层1通过透光导热层2与荧光波导集光式光伏-光热复合发电层相连接；所述荧光波导集光式光伏-光热复合发电层中荧光波导集光器3的一侧面与侧面光伏发电器6相连接，另一侧面通过侧面导热层4与侧面热电温差发电器5热端相连接；所述侧面热电温差发电器5冷端与侧面散热器7相连接；所述荧光波导集光器3的下端面通过导热层4与下端面的热电温差发电器5热端相连接；所述下端面热电温差发电器5的冷端与下端面散热器7相连接；所述激光型荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置在激光辐照下能够产生光伏发电效应和光热发电效应，并能够对外输出光伏-光热综合发电的电能。

本实施例1激光型荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置中的透光导热层2与荧光波导集光器3的上端面紧密相连接，荧光波导集光器3的下端面与反光层9和导热层4相连接，并构成透光导热的荧光波导集光式光伏-光热复合发电整体结构；透光导热层2能够使激光通过，透光导热层2和导热层4能够快速传输激光辐照产生的热量、荧光波导集光器3工作时产生的热量，能够降低光伏发电器6工作时的温度，提高光电转换效率；本实施例采用透光导热层2材料为：石墨烯复合薄膜。激光设备采用波长为524nm激光器，并采用一个荧光波导集光器3；光伏发电器6包括：光伏电池，采用两个光伏发电器6，并分别设置在荧光波导集光器3的两侧面；光伏电池采用铝铟镓磷(AlInGaP)光伏电池6。荧光波导集光器3中荧光波导的荧光材料10采用有机荧光染料材料为Lumogen F Orange 240，其吸收波长为524nm,发射波长为539nm,量子效率为99％；并将有机荧光染料材料Lumogen F Orange 240分散于透明介质中制成荧光波导胶膜；荧光波导胶膜的上下两个端面设置超白玻璃8，并构成三明治结构类型的荧光波导集光器3(见图2所示)；荧光波导胶膜的上端面超白玻璃8通过透光导热层2与微纳米光陷阱层1紧密相连接，微纳米光陷阱层1采用光子晶体；荧光材料Lumogen F Orange 240能够吸收波长为524nm激光辐照并发射539nm荧光；激光在光波导内被转化成荧光后，受光波导效应的制约，大部分荧光进入光波导传输模式向侧面传输，进入侧面耦合的光伏发电器6，实现光电转换；单层结构荧光波导集光器3下端面设置有反光层9和导热层4；所述反光层9包括：反光镜；导热层4在反光层9下端，其导热层4与下端面热电温差发电器5的热端相连接。

本实施例1中的热电温差发电器5包括：热端、热电层、冷端；所述热电层以温差发电片为基体；温差发电片通过串-并联链接起来组成发电模块；温差发电片单体与温差发电片单体之间的框型缝隙通过绝热材料填满，防止热量从发电模块的热端直接流向冷端；所述热端的一面与热电层相连接；所述热端的另一面通过导热层与荧光波导集光器的侧面或者底端面相连接；所述热电层中温差发电片包括：n型热电元件、P型热电元件；所述n型热电元件、P型热电元件交替排列；所述n型热电元件与相邻的P型热电元件的顶端或底端相连接；每个n型热电元件的顶端或底端仅与一个相邻的P型热电元件连接；每个P型热电元件的顶端或底端仅与一个相邻的n型热电元件相连接；温差热电发电器5的冷端与散热器7相连接；散热器7采用翅片散热器。

本发明提供的荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置的实施例1采用激光型荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置工作过程如下：

当524nm激光束照射在荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置的中的微纳米光陷阱层1，微纳米光陷阱层1的光子晶体产生陷光效应，能够使其对光的反射损失率降低，提高捕光效率；光通过透光导热层石墨烯复合薄膜2，照射在荧光波导集光式光伏-光热复合发电层；荧光波导集光式光伏-光热复合发电层与透光导热层石墨烯复合薄膜2和反光层9共同构成透光导热的荧光波导集光式光伏-光热复合发电整体结构。

当524nm激光束照射在荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置的中的微纳米光陷阱层1，通过透光导热层石墨烯复合薄膜2后的激光进入荧光波导集光器3；荧光波导集光器3中荧光材料10有机荧光染料材料Lumogen F Orange240吸收激光后发射出539nm荧光，大部分荧光由于入射角大于全反射的临界角而被全反射，折回光波导层内，在荧光波导集光器3上下两个平行表面间来回反射向侧面传输，进入了光波导的传输模式，传到光波导侧面的荧光进入荧光波导集光器侧面耦合的铝铟镓磷(AlInGaP)光伏电池6，从而实现光电转换。微纳米光陷阱层1与荧光波导集光器3之间的透光导热层2具有透光功能，透光导热层2和导热层4能够将激光束辐照微纳米光陷阱层1时产生的热量、荧光波导集光器3工作产生的热量、荧光波导集光器3中荧光材料10吸收激光产生的热量、一侧面光伏电池6工作产生的热量快速传输给另一侧面的热电温差发电器5的热端；温差热电发电器5的冷端与散热器7相连接；由于温差热电发电器5的热端与冷端形成的温差产生了热电效应，因此温差热电发电器5能够对外输出光热发电的电量。透光导热层2即可以使激光束透过进入荧光波导集光式光伏-光热复合发电层3，透光导热层2和导热层4可以将荧光波导集光式光伏-光热复合发电层工作时产生的热量快速传输出去，使光伏发电器6工作温度得到降低，使光电转换效率得到提高。

本实施例1采用的反射层9(见图1、图2)设置在荧光波导集光器3的下端，并与导热层4紧密相连接，反射层9可以减少荧光逃逸并提高集光效果，可以使部分传输荧光重新进入光波导模式，被侧面耦合的光伏电池6再吸收利用；因此初始不能完全吸收的光和初始逃逸荧光在反射层9作用下能够被反射回光波导再利用，因此光电转换效率能够显著提高。

本实施例1激光型荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置能够产生荧光波导集光式的光伏发电效应和光热发电效应，能够对外输出光伏发电和光热发电的综合电量。

实施例2

本发明提供的荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置的实施例2采用太阳能型荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置，其结构示意图见图1所示；并采用底端面耦合光伏电池的叠层结构荧光波导集光器，其结构示意图见图4所示，包括：采用上层荧光波导集光器3、中层荧光波导集光器15、下层荧光波导集光器18顺序叠置(见图4)；太阳能型荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置包括：微纳米光陷阱层1、透光导热层2、荧光波导集光式光伏-光热复合发电层；所述荧光波导集光式光伏-光热复合发电层包括：上层荧光波导集光器3、中层荧光波导集光器15、下层荧光波导集光器18、透光导热层14、透光导热层17、反射层9、导热层4、侧面或底端面热电温差发电器5、光伏发电器6、16、19、13、散热器7；光伏发电器6、16、19分别设置在上层荧光波导集光器3一侧面、中层荧光波导集光器15一侧面、下层荧光波导集光器18的一侧面；光伏发电器13设置在下层荧光波导集光器18的底端面；光伏发电器13的下面设置有反射层9；反射层9下面设置有导热层4；导热层4的下端面与下端面的热电温差发电器5热端相连接；下端面热电温差发电器5的冷端与下端面散热器7相连接；微纳米光陷阱层1通过透光导热层2与上层荧光波导集光器3相连接；荧光波导集光式光伏-光热复合发电层中上层荧光波导集光器3、中层荧光波导集光器15、下层荧光波导集光器18分别与侧面的光伏发电器6、16、19相连接，另一侧面通过侧面导热层4与侧面热电温差发电器5热端相连接；侧面热电温差发电器5冷端与侧面散热器7相连接。

透光导热层2与上层荧光波导集光器3的上端面紧密相连接，透光导热层14与上层荧光波导集光器3的下端面紧密相连接，并构成上层透光导热的荧光波导集光式光伏-光热复合发电整体结构；透光导热层2和透光导热层14即能够使太阳聚光通过，也能够快速传输太阳聚光辐照产生的热量、荧光波导集光器3工作时产生的热量，能够降低光伏发电器6工作时的温度，提高光电转换效率。

透光导热层14也与中层荧光波导集光器15的上端面紧密相连接，透光导热层17与中层荧光波导集光器15的下端面紧密相连接，并构成中层透光导热的荧光波导集光式光伏-光热复合发电整体结构；透光导热层14和透光导热层17即能够使太阳聚光通过，也能够快速传输太阳聚光辐照产生的热量、荧光波导集光器15工作时产生的热量，能够降低光伏发电器6工作时的温度，提高光电转换效率。

透光导热层17也与下层荧光波导集光器18的上端面紧密相连接，反射层9与下层荧光波导集光器18的下端面紧密相连接，在反射层9的下面有导热层4，它们共同构成下层透光导热的荧光波导集光式光伏-光热复合发电整体结构；透光导热层17能够使太阳聚光通过，透光导热层17和导热层4也能够快速传输太阳聚光辐照产生的热量、荧光波导集光器18工作时产生的热量，透光导热层17和反射层4能够降低光伏发电器6工作时的温度，提高光电转换效率。本实施例2的透光导热层2、透光导热层14和透光导热层17采用的材料为：石墨烯复合薄膜。

本实施例2太阳能型荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置中的上层荧光波导集光器3中荧光波导的荧光材料10采用有机荧光染料材料Lumogen F Violet570，其吸收波长为378nm,发射波长为413nm,量子效率为94％；上侧面相匹配的光伏电池6采用铝铟镓磷(AlInGaP)光伏电池6；中层荧光波导集光器15中荧光波导的荧光材料11采用有机荧光染料材料Lumogen F Yellow170,其吸收波长为505nm，发射波长为,528nm,量子效率为90％；中侧面相匹配的光伏电池15采用镓(铟)砷(Ga(In)As)光伏电池15；下层荧光波导集光器18中荧光波导的荧光材料12采用有机荧光染料材料Lumogen F Red 305,其吸收波长为578nm，发射波长为613nm,量子效率为98％；下侧面相匹配的光伏电池19采用硅(鍺)(Ge/Si)光伏电池19；荧光材料10、11、12分别分散于透明介质中制成荧光波导胶膜构成叠层荧光波导集光器整体结构(见图4所示)。

本实施例2中的热电温差发电器5包括：热端、热电层、冷端；所述热电层以温差发电片为基体；温差发电片通过串-并联链接起来组成发电模块；温差发电片单体与温差发电片单体之间的框型缝隙通过绝热材料填满，防止热量从发电模块的热端直接流向冷端；所述热端的一面与热电层相连接；所述热端的另一面通过导热层与荧光波导集光器的侧面或者底端面相连接；所述热电层中温差发电片包括：n型热电元件、P型热电元件；所述n型热电元件、P型热电元件交替排列；所述n型热电元件与相邻的P型热电元件的顶端或底端相连接；每个n型热电元件的顶端或底端仅与一个相邻的P型热电元件连接；每个P型热电元件的顶端或底端仅与一个相邻的n型热电元件相连接；温差热电发电器5的冷端与散热器7相连接；散热器7采用翅片散热器。

本实施例2太阳能型荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置的工作过程如下：

当太阳聚光照射在太阳能型荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置的微纳米光陷阱层1，微纳米光陷阱层1的光子晶体材料能够形成多次反射或折射，产生陷光效应，能够使其对光的反射损失率降低，提高捕光效率；通过透光导热层2后的太阳光进入上层荧光波导集光器3；上层荧光波导集光器3中有机荧光染料材料Lumogen F Violet570吸收波长为378nm太阳光,发射波长为413nm荧光,大部分荧光由于入射角大于全反射的临界角而被全反射，折回光波导层内，在上层荧光波导集光器3上下两个平行表面间来回反射向侧面传输，进入了光波导的传输模式，传到光波导侧面的荧光进入上层荧光波导集光器3侧面耦合的铝铟镓磷(AlInGaP)光伏电池6，从而实现光电转换。微纳米光陷阱层1与上层荧光波导集光器3之间的透光导热层2，以及透光导热层14能够将太阳聚光辐照微纳米光陷阱层时产生的热量、上层荧光波导集光器3工作产生的热量、上层荧光波导集光器中荧光材料10吸收太阳聚光产生的热量、上层一侧面光伏电池6工作产生的热量快速传输给另一侧面的热电温差发电器5的热端；侧面温差热电发电器5的冷端与侧面散热器7相连接；由于侧面温差热电发电器5的热端与冷端形成的温差产生了热电效应，因此侧面温差热电发电器5能够对外输出光热发电的电量。透光导热层2可以使太阳聚光透过进入上层荧光波导集光式光伏-光热复合发电层，透光导热层2和透光导热层14也可以将上层荧光波导集光式光伏-光热复合发电层工作时产生的热量快速传输出去，使侧面光伏发电器6工作温度得到降低，使光电转换效率得到提高。

当太阳聚光照射在太阳能型荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置的微纳米光陷阱层1，太阳聚光进入中层荧光波导集光器15；中层荧光波导集光器15中有机荧光染料材料Lumogen F Yellow170吸收波长为505nm太阳光，发射波长为528nm荧光；中侧面相匹配的是镓(铟)砷(Ga(In)As)光伏电池15；大部分荧光由于入射角大于全反射的临界角而被全反射，折回光波导，在中层荧光波导集光器15上下两个平行表面间来回反射向侧面传输，进入了光波导的传输模式，传到光波导侧面的荧光进入中层荧光波导集光器15侧面耦合的Ga(In)As光伏电池15，从而实现光电转换。在中层荧光波导集光器15的上端面、下端面由于设置有透光导热层14、17，可以将中层荧光波导集光器15中的荧光材料11吸收太阳聚光后产生的热量、中层荧光波导集光器15工作中产生的热量传输给另一侧面的热电温差发电器5的热端；另一侧面的温差热电发电器5的冷端与另一侧面散热器7相连接；由于另一侧面温差热电发电器5的热端与冷端形成的温差产生了热电效应，因此另一侧面温差热电发电器5能够对外输出光热发电的电量。

当太阳聚光照射在太阳能型荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置的微纳米光陷阱层1，太阳光进入下层荧光波导集光器18；下层荧光波导集光器18中有机荧光染料材料Lumogen F Red 305,其吸收波长为578nm太阳光，发射波长为613nm荧光；下层侧面相匹配的光伏电池19为：硅(鍺)(Ge/Si)光伏电池19；大部分荧光由于入射角大于全反射的临界角而被全反射，折回光波导层内，在下层荧光波导集光器18上下两个平行表面间来回反射向侧面传输，进入了光波导的传输模式，传到光波导侧面的荧光进入下层荧光波导集光器18侧面或底端面耦合的硅(鍺)(Ge/Si)光伏电池13、19；由于底端面设置有反射层9，可以减少荧光逃逸并提高集光效果，可以使部分传输荧光重新进入光波导模式，被侧面或底端面耦合的硅(鍺)(Ge/Si)光伏电池13、19再吸收利用；因此初始不能完全吸收的光和初始逃逸荧光在反射层9作用下能够被反射回光波导再利用；由于底端面光伏电池13可以同时吸收直接照射太阳光，以及吸收荧光光波导传输来的荧光，还有底端面反射层9再反射传输的荧光，因此光电转换效率能够显著提高。在下层荧光波导集光器18的上端面、下端面设置有透光导热层17、导热层4，可以将下层荧光波导集光器18中的太阳聚光辐照产生的热量、荧光材料12吸收太阳聚光后产生的热量、下层荧光波导集光器18工作中产生的热量传输给另一侧面或底端面的热电温差发电器5的热端；另一侧面或底端面的温差热电发电器5的冷端与散热器7相连接；由于另一侧面或底端面的温差热电发电器5的热端与冷端形成的温差产生了热电效应，因此温差热电发电器5能够对外输出光热发电的电量。

在太阳聚光照射在荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置中的微纳米光陷阱层1后，装置由于将多个不同吸收波段/发射波长的单层荧光波导集光器按照从短波到长波顺序上下叠置，并将多层透光导热层与每层荧光波导集光器紧密相结合，即可以降低每层荧光波导集光器工作温度和光伏发电器的工作温度，也能够提高光电转换效率；由于每层荧光波导集光器采用的荧光材料各不相同，从上到下吸收波段/发射波长由短波向长波顺序变化，侧面或底端面的光伏电池吸收波长与荧光材料的发射波长相匹配，由宽禁带向窄禁带顺序改变，从而实现分波段吸收利用太阳聚光，进一步提高了装置的光电转换效率和光热转换效率。

因此，太阳能型荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置能够产生荧光波导集光式的光伏发电效应和光热发电效应，能够高效率地对外输出光伏发电和光热发电的综合电量。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。