一种用于热光伏系统的选择性热发射器技术方案

本发明专利技术公开了一种用于热光伏系统的选择性热发射器，包括基底材料，所述基底材料上设置有钨层；所述钨层上设置有二氧化硅层，所述二氧化硅层内部分散有钨纳米颗粒。通过采用上述结构的选择性热发射器，在热光伏系统中，通过聚光镜对太阳光进行汇聚，从而加热选择性热发射器至约1500K，所述选择性热发射器在此温度下能够发射出和GaSb光伏电池以及InGaAs光伏电池所需波长一致的光，从而提高光伏电池的效率。

A selective heat emitter for a thermal photovoltaic system

The invention discloses a selective thermal launcher for a thermal photovoltaic system, including a base material, a tungsten layer on the base material, a silica layer on the tungsten layer, and a tungsten nanoparticle dispersed inside the silica layer. By using selective thermal emitter of the structure, in thermophotovoltaic system, through the condenser on the sun light together, thus heating selective thermal emitter to about 1500K, which can emit GaSb and InGaAs photovoltaic cells and photovoltaic cells required the same wavelength light of the selective thermal emitter at this temperature, so as to improve the efficiency of photovoltaic battery.

【技术实现步骤摘要】
一种用于热光伏系统的选择性热发射器
本专利技术涉及太阳能热光伏发电领域，具体涉及一种用于热光伏系统的选择性热发射器。
技术介绍
太阳能热光伏技术是一种非常有前景的热回收发电技术，是对现存发电技术的一种很好的补充。太阳能热发电系统通常由高温热发射器和光伏电池组成，因此能够将热能直接转化为电能。理论上，太阳能热发电技术能够达到单一辐射卡诺热机的极限效率。而实际上，太阳能热发电系统受限于热发射器的发射光谱和光伏电池的吸收光谱之间的不匹配，而不能达到理想效率。热射光子转化为电子空穴对的比例成为光伏电池的外部量子效率。光伏电池具有非零的高于带隙能量的外部量子效率，也就是说，只有当入射光子的能量高于制造光伏电池的半导体材料的带隙能量时，才能够产生光生电流，并且，如果光伏电池吸收小于带隙能量的入射光子会引起光伏电池温度升高，进而降低光伏电池效率。现有的太阳能热发电系统的整体效率有待进一步提高。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术旨在提供一种用于热光伏系统的选择性热发射器，实现在光伏电池具有高外部量子效率的光谱范围内具有高的发射率，而在其余的光谱范围内具有低的发射率，从而提高太阳能热发电系统的整体效率。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于热光伏系统的选择性热发射器，包括基底材料，所述基底材料上设置有钨层；所述钨层上设置有二氧化硅层，所述二氧化硅层内部分散有钨纳米颗粒。进一步地，所述基底材料为硅片。上述用于热光伏系统的选择性热发射器的制作方法，包括如下步骤：S1分别用丙酮、甲醇和异丙醇清洗硅片，得到的硅片作为基底材料；S2用氮气吹干硅片上剩余的液体；S3将经过步骤S2处理的硅片加热以去除多余的气体；S4用RF溅射机在硅片上溅射出设定厚度的钨层；S5将按照设定体积比混合的钨纳米颗粒和二氧化硅粉末加上PVDF粘合剂制成靶，将制成的靶放置在RF溅射机中，然后用RF溅射机在钨层上溅射出分散有钨纳米颗粒的二氧化硅层。上述用于热光伏系统的选择性热发射器可应用于热光伏系统中本专利技术的有益效果在于：通过采用上述结构的选择性热发射器，在热光伏系统中，通过聚光镜对太阳光进行汇聚，加热所述选择性热发射器至约1500K，所述选择性热发射器在此温度下能够发射出和GaSb光伏电池以及InGaAs光伏电池所需波长一致的光，从而提高光伏电池的效率。具体地，当两物体之间的距离处在热辐射波长的量级时，因为表面波的耦合现象，两物体间的热辐射会增强数个量级，这被称为近场热辐射。如果物体的材料具有表面声子极化激元(极性材料，如碳化硅，二氧化硅等)或表面等离子体激元，两物体之间的进场热辐射通量与其距离的平方成反比。但是这种辐射的增强并不出现在全波长范围内，而是在特定波长。这种波长选择性不仅存在于薄膜也存在于大尺度材料，因此含有钨纳米颗粒的二氧化硅层在加热到1500K高温时的发射光谱就会表现出波长选择性，其发射光谱与GaSb光伏电池以及InGaAs光伏电池的吸收光谱相一致，从而能够提高光伏电池的效率。附图说明图1为本专利技术实施例一的结构示意图；图2为图1中含有钨纳米颗粒的二氧化硅层在加热到1500K高温时的发射光谱示意图；图3为本专利技术实施例二的结构示意图。具体实施方式以下将结合附图对本专利技术作进一步的描述，需要说明的是，以下实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围并不限于本实施例。实施例一如图1所示，一种用于热光伏系统的选择性热发射器，包括基底材料201，所述基底材料201上设置有钨层202；所述钨层202上设置有二氧化硅层203，所述二氧化硅层203内部分散有钨纳米颗粒204。在本实施例中，所述二氧化硅层为二氧化硅薄膜，厚度为0.4um。钨层的厚度为1um。基底材料为硅片。具体地，当两物体之间的距离处在热辐射波长的量级时，因为表面波的耦合现象，两物体间的热辐射会增强数个量级，这被称为近场热辐射。如果物体的材料具有表面声子极化激元(极性材料，如碳化硅，二氧化硅等)或表面等离子体激元，两物体之间的进场热辐射通量与其距离的平方成反比。但是这种辐射的增强并不出现在全波长范围内，而是在特定波长。这种波长选择性不仅存在于薄膜也存在于大尺度材料，因此含有钨纳米颗粒的二氧化硅层在加热到1500K高温时的发射光谱就会表现出波长选择性，其发射光谱如图2所示。从图2中可知，其发射光谱与GaSb光伏电池以及InGaAs光伏电池的吸收光谱相一致(图2中的SiO2+30％WNPs表示本实施例一)，从而能够提高光伏电池的效率。实施例二将实施例一的选择性热发射器应用于热光伏系统中，如图3所示，来自黑体的热辐射被黑体吸收器301吸收，然后传递给选择性热发射器302(即实施例一所示的选择性热发射器)，所述选择性热发射器302选择性地发出特定的波长，GaSb光伏电池303在此特定波长的光照射下具有高的外部量子效率。实施例三实施例一的用于热光伏系统的选择性热发射器的制作方法，包括如下步骤：S1分别用丙酮、甲醇和异丙醇清洗硅片，得到的硅片作为基底材料；S2用氮气吹干硅片上剩余的液体；S3将经过步骤S2处理的硅片加热以去除多余的气体；S4用RF溅射机在硅片上溅射出设定厚度的钨层；S5将按照设定体积比(在本实施例中，钨纳米颗粒的体积为二氧化硅的体积的30％)混合的钨纳米颗粒和二氧化硅粉末加上PVDF粘合剂制成靶，将制成的靶放置在RF溅射机中，然后用RF溅射机在钨层上溅射出分散有钨纳米颗粒的二氧化硅层。对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本专利技术权利要求的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于热光伏系统的选择性热发射器，其特征在于，包括基底材料，所述基底材料上设置有钨层；所述钨层上设置有二氧化硅层，所述二氧化硅层内部分散有钨纳米颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种用于热光伏系统的选择性热发射器，其特征在于，包括基底材料，所述基底材料上设置有钨层；所述钨层上设置有二氧化硅层，所述二氧化硅层内部分散有钨纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的用于热光伏系统的选择性热发射器，其特征在于，所述基底材料为硅片。3.如权利要求1-2任一所述的用于热光伏系统的选择性热发射器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：S1分别用丙酮、甲醇和异丙醇清洗硅片，得到的硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑义，卡尼克·阿洛克，田彦培，
申请(专利权)人：郑义，卡尼克·阿洛克，田彦培，
类型：发明
国别省市：北京,11