基于超材料热辐射器的热光伏发电系统及其制备方法

文档序号:25535357发布日期:2021-06-18 20:28阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于超材料热辐射器的热光伏发电系统,其特征在于,包括

超材料热辐射器,所述超材料热辐射器作为系统的发射器;

光伏电池,所述光伏电池作为系统的接收器;

所述发射器对光谱进行发射,所述接收器接收发射器发射出的光谱,所述光伏电池通过光电效应实现电能的输出。

2.根据权利要求1所述的一种基于超材料热辐射器的热光伏发电系统,其特征在于,向所述超材料热辐射器上传导高温热源。

3.根据权利要求1所述的一种基于超材料热辐射器的热光伏发电系统,其特征在于,所述光伏电池底部设置有散热翅片。

4.一种基于超材料热辐射器的热光伏发电系统的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:

步骤1:采用超材料热辐射器作为高温辐射器,选取二氧化硅sio2作为发射器的基底,首先在基底上表面加工厚度为100纳米的钨w作为吸收层,随后在吸收层上加工400纳米的二氧化硅sio2作为中间层,最后在中间层上表面加工周期性排列的硅si纳米柱形微纳结构;其中超材料设置为一维多层膜结构或二维空腔结构;

步骤2:采用锑化镓光伏电池作为接收器光伏电池,选取掺有te的n型gasb晶片表面进行锌扩散形成pn结,扩散形成一个掺锌的p型gasb层,晶片背面的pn结通过化学腐蚀技术清除,然后晶片的背部镀上负电极,在晶片前端镀上正电极;

步骤3:在光伏电池底部设置散热翅片;

步骤4:获取基于超材料热辐射器的热光伏发电器件。

5.根据权利要求4所述的一种基于超材料热辐射器的热光伏发电系统的制备方法,其特征在于,所述步骤1包括如下步骤:

步骤1.1:选择平整的二氧化硅玻璃作为超材料热辐射器的基底,基底材料的厚度不小于1毫米;

步骤1.2:通过磁控溅射在基底上加工纳米钨层作为发射器的吸收层,选择加工厚度为100纳米;

步骤1.3:通过等离子体增强化学的气相沉积法在钨层表面加工厚度为400纳米的二氧化硅作为中间层;同样地,利用该方法在二氧化硅表面加工厚度为50纳米的无定形硅层;

步骤1.4:利用电子束光刻技术及反应离子束刻蚀法,对无定形硅层进行刻蚀加工,每个超表面结构单元包含两个大小各异的硅纳米柱。

6.根据权利要求4所述的一种基于超材料热辐射器的热光伏发电系统的制备方法,其特征在于,所述步骤2包括如下步骤:

步骤2.1:对gasb晶片进行清洗,利用二甲苯去油脂,接着用丙酮和甲醇漂洗,然后浸泡在盐酸溶液中去除表面氧化物,再用甲醇清洗后,最后用高纯氮气吹干;

步骤2.2:n型gasb晶片表面进行锌扩散形成pn结,形成一个掺锌的p型gasb层;

步骤2.3:gasb晶片扩散后,清除晶片周边和背面的pn结;

步骤2.4:通过扩散后,gasb掺入了适当的锌,首先加工相应电极形状的光刻掩膜版,利用涂胶光刻显影后利用真空蒸镀法将银镀在晶片的正、负极上。

7.根据权利要求4所述的一种基于超材料热辐射器的热光伏发电系统的制备方法,其特征在于,所述步骤3包括如下步骤:

步骤3.1:采用步骤1所述的超材料热辐射器作为热光伏系统的发射器,实现光谱的选择性发射;

步骤3.2:采用步骤2所述的锑化镓光伏电池作为热光伏系统的接收器光伏电池;

步骤3.3:光伏电池底部采用高性能散热翅片进行光伏电池的散热。

8.根据权利要求4所述的一种基于超材料热辐射器的热光伏发电系统的制备方法,其特征在于,所述步骤4包括如下步骤:

步骤4.1:采用不同的高温热源利用导热或辐射介质传导到超材料热辐射器;

步骤4.2:超材料热辐射器将热能通过光谱选择性发射到光伏电池表面,光伏电池通过光电效应实现电能的输出。


技术总结
本发明提供一种基于超材料热辐射器的热光伏发电系统及其制备方法,包括采用超材料热辐射器作为高温辐射器,选取二氧化硅作为发射器的基底,在基底上表面加工厚度为100纳米的钨作为吸收层,在吸收层上加工400纳米的二氧化硅作为中间层,在中间层上表面加工周期性排列的硅纳米柱形微纳结构;采用锑化镓光伏电池作为接收器光伏电池,选取掺有Te的n型GaSb晶片表面进行锌扩散形成pn结,形成一个掺锌的p型GaSb层,晶片的背部镀上负电极,在晶片前端镀上正电极;基于超材料热辐射器,搭建新型热光伏发电系统获取基于超材料热辐射器的热光伏发电器件。本发明解决热光伏发电系统的热辐射器发射光谱与光伏电池禁带不匹配导致的电池升温和热电转换效率低的问题。

技术研发人员:赵长颖;王博翔;张文斌;黄天成;刘梦琦;陈杰;刘旭晶;金圣皓
受保护的技术使用者:上海交通大学
技术研发日:2021.02.04
技术公布日:2021.06.18
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