光热电转换器件及制备方法
【专利摘要】一种光热电转换器件及制备方法。黑硅材料与热电器件结合，制成光热电转换器件。该光热电转换器件使用具有尖峰状微结构的黑硅材料做光吸收层，具有尖峰状微结构的黑硅材料的可见光及近红外光吸收率高，黑硅材料吸收太阳光，将光能转换为热能，再经热电器件将热能转化为电能，实现光能-热能-电能的转换。金属催化化学腐蚀法和飞秒激光辐照法得到的黑硅材料均适合制作光热电转换器件。金属催化化学腐蚀法制作黑硅材料工艺简单，成本低；用飞秒激光辐照法制得的黑硅材料制作的光热电转换器件性能更好。本发明作为一种绿色环保的能源技术，工艺简单，使用寿命长，应用广泛。
【专利说明】光热电转换器件及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种光热电转换器件及制备方法。
【背景技术】
[0002] 可再生能源主要有风能、海洋能、太阳能等。太阳能作为应用最广泛的可再生能 源，取之不尽，太阳能主要用来发电。太阳能发电分为光伏发电和光热发电，光伏发电是制 作太阳能电池发电。
[0003] 自1998年美国Mazur小组首次研究黑娃之后，国内外对黑娃材料进行了十分系统 的研究工作，黑娃材料在太阳能电池、光电探测器和发光器件的研究取得了丰硕的成果。W 上所提到的对黑娃材料的研究均是基于光电应用的研究，而对黑娃材料的光热电应用研究 较少有人涉及。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种W黑娃材料作为光吸收层的光热电转换器件。黑娃材料 吸收太阳光将光能转换成热能，再经过温差发电片将热能转换成电能。本发明绿色环保，制 作简单，使用寿命长，应用领域广泛。
[0005] 根据本发明的光热电转换器件，包括：包括保温层、光吸收层、温差发电片和散热 片，温差发电片包括吸热面和散热面；保温层覆盖在光吸收层的上表面，光吸收层下表面接 于温差发电片的吸热面，散热片接于温差发电片的散热面。光吸收层为黑娃材料，黑娃材料 将光能转化为热能，再经温差发电片，将热能转化为电能，实现光能-热能-电能的转换。
[0006] 光热电转换器件的光吸收层的黑娃材料具有尖峰状微结构。
[0007] 光热电转换器件的光吸收层的黑娃材料可W采用飞砂激光福照方法制得，形成具 有峰高为1-60 y m的尖峰状微结构的黑娃材料，
[0008] 优选尖峰状微结构的峰高为10-17 y m，更优选尖峰状微结构的峰高为45-60 y m。
[0009] 另外，光热电转换器件的光吸收层的黑娃材料也可W采用金属化学催化刻蚀方法 制得，形成具有峰高为0. 5-5 y m的尖峰状微结构的黑娃材料。
[0010] 用飞砂激光福照方法或金属催化化学腐蚀法制得的黑娃材料表面具有尖峰状结 构，光入射黑娃表面经多次反射吸收后对太阳光具有极高的吸收率，对可见光吸收率高达 95%，对近红外光吸收率达到90%，光经过黑娃材料吸收后转化为热能存储下来。
[0011] 光热电转换器件的保温层可W为聚苯己帰树脂等具有保温功能的材料，温差发电 片的热电材料可W为蹄化饿，散热片下表面可W设置具有增强散热功能的槽道。
[0012] 一种制备光热电转换器件的方法，包括，
[0013] 步骤一：飞砂激光福照或金属催化化学腐蚀制作具有尖峰状微结构的黑娃材料作 为光吸收层；
[0014] 步骤二；用具有保温功能的材料覆盖在光吸收层上作为保温层。
[0015] 步骤H;将带有保温层的光吸收层粘贴在温差发电片的吸热面上，散热片粘贴在 温差发电片的散热面上，即到所述的光热电转换器件。
[0016] 使用黑娃材料最为光吸收层的光热电转换器件制作简单，实现了光能一热能一电 能的转换。具有制作工艺简单，成本低、绿色环保、使用寿命长的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1.光热电转换器件结构示意图
[0018] 图2.黑娃材料结构间多次反射示意图
[0019] 图3. SFe气氛中飞砂激光福照制得的黑娃材料的光吸收效率曲线图
[0020] 图4.真空环境中飞砂激光福照制得的黑娃材料的光吸收效率曲线图
[0021] 图5.金属催化化学腐蚀法制得的黑娃材料的光吸收效率曲线图
[0022] 图6.温差发电片工作原理示意图
【具体实施方式】
[0023] W下结合附图及具体实施例详细介绍本发明的使用黑娃材料为光吸收层的光热 电转换器及其制备方法。
[0024] 如图1所示，光热电转换器件包括；包括保温层（1)、光吸收层（2)、温差发电片 做和散热片（4)，温差发电片做包括吸热面（31)和散热面（3。。光吸收层似的上表 面覆盖着保温层（1)，下表面与温差发电片（3)的吸热面（31)相接，散热片（4)接于温差发 电片的散热面（32)。例如，光吸收层（2)和散热片（4)采用粘贴或者压合等方式接于温差 发电片上。在散热片（4)下表面设有多个槽道，增强散热片的散热能力。
[0025] 实施例1
[0026] 在六氣化硫（SFe)气氛或真空环境下采用飞砂激光对娃片进行福照，将得到的黑 娃材料做光热电转换器件的光吸收层。将单晶娃片进行清洗，清洗后的单晶娃片放置在激 光器中，激光器的中也波长为800nm，频率为1曲Z，脉宽为40fs。在六氣化硫（SFe)气氛或 真空环境中用激光福照，调节激光功率制备黑娃材料。得到的黑娃材料具有尖峰状微结构， 且在SFe气氛中制得的黑娃材料的尖峰表面比较粗趟。如表1所示，在SFe气氛中激光功率 为0. 2W-1. 2W时制备出来的黑娃材料的尖峰的峰高为1-17 y m。如表2所示，在真空环境中 激光功率为0. 2W-1. 2W时制备出来的黑娃材料的尖峰的峰高为2-57 y m。
[0027] 表1在SFe气氛中飞砂激光福照制得黑娃材料的尖峰的峰高
[0028]
【权利要求】
1. 一种光热电转换器件，包括保温层、光吸收层、温差发电片和散热片，所述温差发电 片包括吸热面和散热面；所述保温层覆盖在所述光吸收层的上表面，所述光吸收层的下表 面与所述温差发电片的吸热面相接，所述散热片与所述温差发电片的散热面相接，其特征 在于，所述光吸收层为黑娃材料，所述黑娃材料将光能转化为热能，再经所述温差发电片将 热能转化为电能，实现光能-热能-电能的转换。
2. 根据权利要求1所述光热电转换器件，其特征在于，所述光吸收层的黑娃材料具有 尖峰状微结构。
3. 根据权利要求2所述光热电转换器件，其特征在于，所述黑娃材料的尖峰状微结构 的峰高为1-60 ym。
4. 根据权利要求3所述光热电转换器件，其特征在于，所述黑娃材料的尖峰状微结构 的峰高为10-17 ym。
5. 根据权利要求3所述光热电转换器件，其特征在于，所述黑娃材料的尖峰状微结构 的峰高为45-60 ym。
6. 根据权利要求3所述光热电转换器件，其特征在于，所述光吸收层为采用飞砂激光 福照法制得的黑娃材料。
7. 根据权利要求2所述光热电转换器件，其特征在于，所述黑娃材料的尖峰状微结构 的峰高为0. 5-5 ym。
8. 根据权利要求7所述光热电转换器件，其特征在于，所述光吸收层为采用金属催化 化学腐蚀法制得的黑娃材料。
9. 根据权利要求1所述光热电转换器件，其特征在于，所述保温层为聚苯己帰树脂，所 述温差发电片的热电材料为蹄化饿。
10. -种制备权利要求1所述光热电转换器件的方法，其特征在于，包括， 步骤一：用飞砂激光福照或金属催化化学腐蚀方法制作具有尖峰状微结构的黑娃材料 作为光吸收层； 步骤二；用具有保温功能的材料覆盖在光吸收层上作为保温层。 步骤H ;将覆盖了保温层的光吸收层接于温差发电片的吸热面上，W及将散热片接于 温差发电片的散热面上，即到所述的光热电转换器件。
【文档编号】H01L31/052GK104465841SQ201410658430
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月18日 优先权日:2014年11月18日
【发明者】程世球, 蔡斌, 彭滟, 朱亦鸣 申请人:上海理工大学