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大連物化所發(fā)現(xiàn)光電-熱電耦合效應(yīng)可提升太陽(yáng)電池效率
大連化學(xué)物理研究所太陽(yáng)能研究部(DNL16)李燦院[詳細(xì)]
新型Janus螺旋結(jié)構(gòu)納米線組裝體光熱電器件問(wèn)世
2022年11月11日 14:06:49
來(lái)源：化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：3926
近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏院士團(tuán)隊(duì)研制了一種新型柔性Janus螺旋結(jié)構(gòu)的納米線組裝體光熱電器件，這種器件的結(jié)構(gòu)可以在不耗費(fèi)額外能量的同時(shí)，以一種柔性結(jié)構(gòu)被動(dòng)捕獲和耗散熱量，為實(shí)現(xiàn)普適性和高性能熱電器件設(shè)計(jì)提供了一種新的途徑。
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】目前我國(guó)在能量利用中，有大約60%的能量以廢熱的形式損耗，這些廢熱通常被忽視而浪費(fèi)。如何有效利用這些廢熱，是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。太陽(yáng)能熱電設(shè)備在解決全球變暖問(wèn)題方面發(fā)揮著重要作用，因?yàn)樗鼈兙哂袑U熱和太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化為電能的獨(dú)特功能，同時(shí)，還能利用光熱效應(yīng)來(lái)進(jìn)一步提高發(fā)電效率。除了選擇熱優(yōu)值更大的熱電材料外，電能輸出功率也取決于太陽(yáng)能熱電設(shè)備兩端的溫差。
近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏院士團(tuán)隊(duì)研制了一種新型柔性Janus螺旋結(jié)構(gòu)的納米線組裝體光熱電器件，這種器件的結(jié)構(gòu)可以在不耗費(fèi)額外能量的同時(shí)，以一種柔性結(jié)構(gòu)被動(dòng)捕獲和耗散熱量，為實(shí)現(xiàn)普適性和高性能熱電器件設(shè)計(jì)提供了一種新的途徑。
研究人員發(fā)展了一種將輻射冷卻和選擇性光譜吸收材料協(xié)同利用的策略。當(dāng)器件處于陽(yáng)光照射下時(shí)，頂部輻射冷卻層可以將陽(yáng)光最大程度的反射來(lái)減小光熱效應(yīng)，同時(shí)與溫度為3K的宇宙深空進(jìn)行輻射換熱，產(chǎn)生一個(gè)較低的溫度而不需要外接冷卻裝置。另一方面，器件底端的選擇性太陽(yáng)能吸收層則在最大化吸收太陽(yáng)光的同時(shí)，減少熱量的輻射熱損失。
為了制備出這種Janus器件，研究人員在輻射冷卻材料的背面組裝一層有序的碲納米線薄膜，隨后利用原位陽(yáng)離子交換反應(yīng)形成一端是p型碲化亞銅納米線和一端是n型碲化銀納米線的異質(zhì)結(jié)陣列。隨后將陣列螺旋化得到Janus螺旋STE器件。
隨后，研究人員還將制備好的器件置于戶外測(cè)試，發(fā)現(xiàn)在中午約0.6個(gè)太陽(yáng)光的光照下，這種Janus螺旋STE器件兩端可以產(chǎn)生將近30K的溫差。當(dāng)器件處于陽(yáng)光照射下時(shí)，頂部輻射冷卻層可以將陽(yáng)光最大程度的反射來(lái)減小光熱效應(yīng)，同時(shí)與溫度為3K的宇宙深空進(jìn)行輻射換熱，產(chǎn)生一個(gè)較低的溫度而不需要外接冷卻裝置。除此之外，器件底端的選擇性太陽(yáng)能吸收層則在最大化吸收太陽(yáng)光的同時(shí)，減少熱量的輻射熱損失。
不同于絕大多數(shù)光熱電器件，這種器件的光熱端因設(shè)置在底部，使其具有和廢熱協(xié)同發(fā)電的潛力。此外，由于器件兩端輻射率很大的差異，使其在夜間仍然具有一定的溫差來(lái)進(jìn)行發(fā)電。因此，這種器件的結(jié)構(gòu)可以在不耗費(fèi)額外能量的同時(shí)，以一種柔性結(jié)構(gòu)最大限度地捕獲和耗散熱量，有效利用太陽(yáng)能和宇宙的寒冷，為實(shí)現(xiàn)普適性和高性能熱電器件設(shè)計(jì)提供了一種新的途徑。
該研究成果以題為“Janus Helical Ribbon Structure of Ordered Nanowire Films for Flexible Solar Thermoelectric Devices”發(fā)表在Advanced Materials上。
(資料來(lái)源：科技日?qǐng)?bào))
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