一种提高光利用效率的光热电转换器件

摘要

本发明涉及一种提高光利用效率的光热电转换器件，包括热电转换单元热电转换单元的左侧设置有第一电极，热电转换单元的右侧设置有第二电极，热电转换单元的左部上方设置有绝缘单元，热电转换单元的右部上方设置有介质层，介质层上方设置有贵金属颗粒层；绝缘单元为左高右低的三角形，并且绝缘单元的上方设置有贵金属层。该提高光利用效率的光热电转换器件，通过将光中在热电转换单元的右侧，使得光能集中在热电转换单元的右侧被吸收，让位于热电转换单元两端的第一电极与第二电极之间产生更大的温差，从而使得热电转换单元产生更多的电流，所提供的电流更加的持久稳定，整体上使得光‑热‑电具有更好的转化效率。

权利要求

1.一种提高光利用效率的光热电转换器件，其特征在于：包括热电转换单元(1)，所述热电转换单元(1)的左侧设置有第一电极(2)，所述热电转换单元(1)的右侧设置有第二电极(3)，所述热电转换单元(1)的左部上方设置有绝缘单元(4)，所述热电转换单元(1)的右部上方设置有介质层(5)，所述介质层(5)上方设置有贵金属颗粒层(7)；所述绝缘单元(4)为左高右低的三角形，并且绝缘单元(4)的上方设置有贵金属层(6)。

2.如权利要求1所述的一种提高光利用效率的光热电转换器件，其特征在于：所述介质层(5)的右端上方设置有金属阻挡块(9)。

3.如权利要求1所述的一种提高光利用效率的光热电转换器件，其特征在于：所述贵金属层(6)为相互间隔的金属条组成的光栅。

4.如权利要求3所述的一种提高光利用效率的光热电转换器件，其特征在于：所述金属层(6)与绝缘单元(4)之间还设置有石墨烯层(10)。

5.如权利要求1所述的一种提高光利用效率的光热电转换器件，其特征在于：所述贵金属层(6)的上方设置有第二贵金属颗粒层(8)。

6.如权利要求1所述的一种提高光利用效率的光热电转换器件，其特征在于：所述贵金属颗粒层(7)的上方覆盖有石墨烯薄膜(11)。

7.如权利要求1所述的一种提高光利用效率的光热电转换器件，其特征在于：所述贵金属颗粒层(7)设置为光栅结构，且所述光栅结构的各个相互平行的光栅单元为条形结构。

8.如权利要求1所述的一种提高光利用效率的光热电转换器件，其特征在于：所述介质层(5)是由氟化镁、二氧化硅中一种或两种材料制成。

说明书

一种提高光利用效率的光热电转换器件

技术领域

[0001] 本发明涉及光能及热能转换电能的技术领域，具体涉及一种提高光利用效率的光热电转换器件。

背景技术

[0002] 在化石燃料储备日渐消耗的情况下，对可再生能源如太阳能的利用成为人们关注的重要方向。太阳能的利用有光热转换和光电转换两种方式，其中光电转换是目前对太阳
能进行有效利用的主要途径，如通过光伏组件可以将太阳能转换为电能。但由于太阳能电
池工作时的光电转换效率有限，普遍在20～30％，剩余的太阳能量以废热的形式散失在环
境中。

[0003] 热电材料能够直接将热能与电能相互转换，在废热回收及绿色制冷领域中展现出巨大的应用潜力。目前商业化的热电材料主要为碲化铋基的无机块体材料，其能量转化效
率约为10％。热电材料的能量转换效率虽不如传统的压缩机制冷或者蒸汽热回收系统但它
的优点在于器件稳定性高、结构简单紧凑、易于维护；并且热电器件工作时不需要机械传动
装置或配件，对环境友好。

[0004] 将热电器件与光伏组件集成，在光伏电池吸收太阳光发电的同时，热电器件吸收光伏电池的废热发电，可实现光电、热电同时转化，是提高对太阳能利用率的有效途径。近
年来，各类器件的微型化、柔性化发展逐渐成为潮流趋势，随之涌现出各种新型可穿戴、可
折叠便携式的智能设备，若将光伏与热电器件做成薄膜结构，实现轻质、超薄、可弯折，便可
推动太阳能/热电电池在航空航天、医疗监护以及可穿戴等领域的应用。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种提高光利用效率的光热电转换器件，包括热电转换单元所述热电转换单元的左侧设置有第一电极，所述热电转换单元的右侧设置有第二电极，所
述热电转换单元的左部上方设置有绝缘单元，所述热电转换单元的右部上方设置有介质
层，所述介质层上方设置有贵金属颗粒层；所述绝缘单元为左高右低的三角形，并且绝缘单
元的上方设置有贵金属层。

[0006] 所述介质层的右端上方设置有金属阻挡块。

[0007] 所述贵金属层为相互间隔的金属条组成的光栅。

[0008] 所述金属层与绝缘单元之间还设置有石墨烯层。

[0009] 所述贵金属层的上方设置有第二贵金属颗粒层。

[0010] 所述贵金属颗粒层的上方覆盖有石墨烯薄膜。

[0011] 所述贵金属颗粒层(7)设置为光栅结构，且所述光栅结构的各个相互平行的光栅单元为条形结构。

[0012] 所述介质层是由氟化镁、二氧化硅中一种或两种材料制成。

[0013] 本发明的有益效果：本发明提供的这种提高光利用效率的光热电转换器件，通过设置光‑热‑电的转化结构，能够将光能转换成热能，然后将热能转换为电能，而且通过将光
中在热电转换单元的右侧，使得光能集中在热电转换单元的右侧被吸收，从而使得热电转
换单元两端产生更大的温差，让位于热电转换单元两端的第一电极与第二电极之间产生更
大的温差，从而使得热电转换单元产生更多的电流，所提供的电流更加的持久稳定，整体上
使得光‑热‑电具有更好的转化效率。

[0014] 以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

[0015] 图1是提高光利用效率的光热电转换器件的结构示意图一。

[0016] 图2是提高光利用效率的光热电转换器件的结构示意图二。

[0017] 图3是提高光利用效率的光热电转换器件的结构示意图三。

[0018] 图4是提高光利用效率的光热电转换器件的结构示意图四。

[0019] 图5是提高光利用效率的光热电转换器件的结构示意图五。

[0020] 图6是提高光利用效率的光热电转换器件的结构示意图六。

[0021] 图中：1、热电转换单元；2、第一电极；3、第二电极；4、绝缘单元；5、介质层；6、贵金属层；7、贵金属颗粒层；8、第二贵金属颗粒层；9、金属阻挡块；10、石墨烯层；11、石墨烯薄
膜。

具体实施方式

[0022] 为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

[0023] 实施例1

[0024] 本实施例提供了一种如图1所示的提高光利用效率的光热电转换器件，包括热电转换单元1，所述热电转换单元1的左侧设置有第一电极2，所述热电转换单元1的右侧设置
有第二电极3，所述热电转换单元1的左部上方设置有绝缘单元4，所述热电转换单元1的右
部上方设置有介质层5，所述介质层5上方设置有贵金属颗粒层7；所述绝缘单元4为左高右
低的三角形，也就是说，绝缘单元4的上表面为左高右低的斜面，并且绝缘单元4的上方设置
有贵金属层6，这样，可以将入射的光所产生的电磁波通过贵金属层6从左侧引导到右侧，使
得光能电磁波够聚集在右侧的贵金属颗粒层7所在的区域被吸收，从而提高热电转换单元1
右侧的温度，使得设置于热电转换单元1左右两侧的第一电极2、第二电极3之间产生更大的
温差，由此产生塞贝克效应(Seebeck effect)。这样，在热电转换单元1的作用下，第一电极
2、第二电极3所在回路中产生热电流，就可以将热能转换为电能，这样，就可以将光能转换
为热能，然后将热能转换为电能，从而实现光‑热‑电的转换。

[0025] 进一步，所述热电转换单元1由纳米结构体形式的半导体热电材料和聚合物热电材料混合而成的热电纳米复合膜形成。该半导体热电材料可为碲(Te)、Bi2Te3、SbTe3、PbTe、
BiSbTe、BiSbTe等。该聚合物热电材料为PEDOT:PSS(PEDOT:PSS是聚(3,4‑亚乙二氧基噻
吩)‑聚(苯乙烯磺酸))。纳米结构体可为纳米线、纳米管、纳米棒、纳米片、纳米孔或纳米颗
粒，但本实施方式不仅限于此。纳米结构体具有比相应的体结构体较好的热电性能。特别
地，纳米线结构体即一维纳米结构中，由于声子在纳米线表面散射，导致热电材料可达到较
低的导热系数。

[0026] 进一步，如图2所示，所述介质层5的右端上方设置有金属阻挡块9，这样有利于阻挡所引导到右侧的光能电磁波，防止泄露光能电磁波，使得贵金属颗粒层7所在的区域能够
吸收更多的光能电磁波，从而产生更大、更稳定的温度差。

[0027] 进一步，如图3所示，所述贵金属层6为相互间隔的金属条组成的光栅，并且金属条的方向为于图3所示的方向，即金属条垂直于纸面向里的方向排列，所述金属层6与绝缘单
元4之间还设置有石墨烯层10。这样，金属条组成的光栅有利于耦合更多的电磁波，可以吸
收更多的光能电磁波，产生更多的热能，石墨烯层10具有很好的导热性，能够将所吸收的热
能传导到贵金属颗粒层7所在的右端区域，进而热电转换单元1能够吸收的热量就会更多，
设置于热电转换单元1左右两侧的第一电极2、第二电极3之间产生的温差就更加明显，第一
电极2、第二电极3所在回路中产生热电流也就更多。

[0028] 进一步，如图4所示，所述贵金属层6的上方设置有第二贵金属颗粒层8，这样可以增强吸收更多的光能电磁波，贵金属层6能够将所吸收的光能电磁波传导到贵金属颗粒层7
所在的右端区域，进而热电转换单元1能够吸收的热量就会更多，设置于热电转换单元1左
右两侧的第一电极2、第二电极3之间产生的温差就更加明显，第一电极2、第二电极3所在回
路中产生热电流也就更多。

[0029] 进一步，如图5所示，所述贵金属颗粒层7的上方覆盖有石墨烯薄膜11，第二贵金属颗粒层8的上方也可以覆盖有石墨烯薄膜11，这样贵金属颗粒层7或第二贵金属颗粒层8均
与石墨烯薄膜11可以形成隔热的结构腔体，有利于所吸收的热能，保存、传递到贵金属颗粒
层7所在的右端区域，从而使得热电转换单元1的右端吸收更多的热量，设置于热电转换单
元1左右两侧的第一电极2、第二电极3之间产生的温差就更加明显，第一电极2、第二电极3
所在回路中产生热电流也就更多。

[0030] 进一步，如图6所示，所述贵金属颗粒层(7)设置为光栅结构，且所述光栅结构的各个相互平行的光栅单元为条形结构，这样一来，就会形成手性结构，可以判断入射光的偏振
方向：因为，不同偏振方向的光的吸收不同，导致产生的热不同，进而热电转换单元1吸收的
热量就会有所不同，设置于热电转换单元1左右两侧的第一电极2、第二电极3之间产生的温
差就有所不同，第一电极2、第二电极3所在回路中产生热电流也就有所不同，根据热电流的
不同，就可以判断偏振光的方向。

[0031] 进一步，所述介质层5是由氟化镁、二氧化硅中一种或两种材料制成。

[0032] 综上所述，该提高光利用效率的光热电转换器件，通过设置光‑热‑电的转化结构，能够将光能转换成热能，然后将热能转换为电能，而且通过将光中在热电转换单元的右侧，
使得光能集中在热电转换单元的右侧被吸收，从而使得热电转换单元两端产生更大的温
差，让位于热电转换单元两端的第一电极与第二电极之间产生更大的温差，从而使得热电
转换单元产生更多的电流，所提供的电流更加的持久稳定，整体上使得光‑热‑电具有更好
的转化效率。

[0033] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在
不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的
保护范围。