CN203071070U - 一种太阳电池-温差电池的复合电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种太阳电池-温差电池的复合电源，包括太阳电池和温差电池，其特点是：所述温差电池的热端衬底和太阳电池的背光衬底表面无间耦合为一体，所述温差电池的冷端衬底表面制有发射涂层。本实用新型将温差电池的热端无间耦合在太阳电池的衬底表面，利用太阳光进行光伏发电的同时，有效利用了太阳电池背光面余热进行温差发电，在充分进行热量利用的同时，实现了复合电源整体转换效率的提升。

Description

一种太阳电池-温差电池的复合电源

技术领域

本实用新型属于光电、温差电源技术领域，特别是涉及一种太阳电池-温差电池的复合电源。

背景技术

太阳电池在空间领域的需求强烈，无论是砷化镓太阳电池还是柔性薄膜太阳电池，都面对着如何进一步提高电池光电转换效率的难题。人们均在集中思考如何进一步优化电池结构，而忽略了太阳电池背底还蕴藏着巨大的热能没有利用。如果利用现有的换能技术，将这部分热能转换为电能，空间电源系统能量转换效率的提高将指日可待。

温差电池是一种可以将热能直接转换为电能的固态能量转换装置，具有体积小、静音、寿命长、抗辐射性好等特点，是空间飞行器电源系统的理想选择。但是由于该电源的热电转换效率相对较低（不超过10%），使其应用受到了一定的限制。

太阳电池和温差电池同属物理电源，都是通过物理过程进行能量转换。若将温差电池耦合在太阳电池背光表面，充分利用太阳电池背底的热量进行发电，可使整体电源系统的能量实现叠加，整体提升电源系统的效率。

目前公知的太阳电池-温差电池复合发电系统均采用分光技术来实现，即将不同波长的太阳光进行收集，分别为太阳电池和温差电池发电提供热源。这种发电系统将光电热电技术有机结合，提高了太阳光能的利用率，使原本不能为太阳电池吸收的光能通过温差电技术产生电能。该技术目前普及程度不高，主要在于制作成本高；另外，在某种意义上这两种电池分别供电，并不是真正意义上的复合电源，也无法实现电源整体转换效率的叠加。

经过检索发现申请号为201110373913.4，公开号为CN102437212A，专利名称为：一种光电-热电一体化电池组件的发明专利，其说明书中公开了将温差电组件嵌入在太阳电池片下表面基板下的绝缘基板中的蜂窝芯中，利用基板上下表面的温度差进行发电。该发明的不足之处在于太阳电池下表面的热量经过层层传导至温差电池热端，热量损失明显，而且采用常规温差电器件与太阳电池片集成没有重量优势，且不易建立温差。

发明内容

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种具有较小热量损失、工作温差大，能量转换效率高的一种太阳电池-温差电池的复合电源。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种太阳电池-温差电池的复合电源，包括太阳电池和温差电池，其特点是：所述温差电池的热端衬底和太阳电池的背光衬底表面无间耦合为一体，所述温差电池的冷端衬底表面制有发射涂层。

本实用新型还可以采用如下技术方案：

所述太阳电池为单片三节GaInP₂/GaAs/Ge太阳电池，所述温差电池为BiTe基薄膜温差电池。

所述无间耦合为温差电池的热端衬底经耦合剂黏附在太阳电池的背光衬底表面。

所述无间耦合为在太阳电池背光衬底上直接生长温差电薄膜和导电层形成的温差电池。

所述耦合剂为有机导热硅脂。

所述温差电池和太阳电池的衬底均为聚酰亚胺薄膜。

本实用新型具有的优点和积极效果是：

1、本实用新型将温差电池的热端无间耦合在太阳电池的衬底表面，利用太阳光进行光伏发电的同时，有效利用了太阳电池背光面余热进行温差发电，在充分进行热量利用的同时，实现了复合电源整体转换效率的提升；

2、本实用新型采用了薄膜温差电池与砷化镓太阳电池进行复合，并使二者使用相同的衬底材料，不仅复合电源整体重量轻、而且提高了太阳电池和温差电池在热量传导和重量方面的匹配性；

3、本实用新型在温差电池的冷端衬底表面制作具有高发射率的有机硅作的发射涂层，有效提高了温差电池冷端的热量疏散，加大了复合电源系统的工作温差，进一步提高了复合电源系统的能量转换效率。

附图说明

图1是本实用新型太阳电池－温差电池复合电源的结构示意图。

图中，1-太阳电池，2-P型温差电元件，3-N型温差电元件，4-冷端导电层，5-衬底。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

一种太阳电池-温差电池的复合电源，包括太阳电池和温差电池。

本实用新型的创新点包括：

所述温差电池的热端衬底和太阳电池的背光衬底表面无间耦合为一体，所述温差电池的冷端衬底表面制有发射涂层。

本实用新型的创新点还包括：

所述太阳电池为单片三节GaInP₂/GaAs/Ge太阳电池，所述温差电池为BiTe基薄膜温差电池。

所述无间耦合为温差电池的热端衬底经耦合剂黏附在太阳电池的背光衬底表面。

所述无间耦合为在太阳电池背光衬底上直接生长温差电薄膜和导电层形成的温差电池。

所述耦合剂为有机导热硅脂。

所述温差电池和太阳电池的衬底均为聚酰亚胺薄膜。

本实用新型的一种制作过程：

参照附图1：

⑴选用单片三节GaInP₂/GaAs/Ge太阳电池1，太阳电池衬底材料为柔性聚酰亚胺薄膜，太阳电池的厚度均在140μm左右；

⑵采用磁控溅射的方法直接将Ni制作在柔性聚酰亚胺薄膜冷端衬底5上作为冷端导电层4，采用喷涂技术在冷端衬底表面制作具有高发射率的有机硅涂层，热端导电层的材质和制作方法与冷端导电层完全相同，但柔性聚酰亚胺薄膜热端衬底不需制作发射涂层；采取磁控溅射的方法在冷、热端导电层之间生长N型温差电元件3和P型温差电元件2，所有的温差电元件均以串联方式集成连接，从冷端输出端子引出正负极导线，制作厚度在140μm左右的BiTe基薄膜温差电池；

⑶将作为耦合剂的有机导热硅脂涂在太阳电池背光衬底表面与薄膜温差电池热端衬底之间，进行温差电池与太阳电池的直接耦合，耦合时，通过反复平铺外展的手法，驱赶排除二者之间气泡，完成图1所示本实用新型外形尺寸为39.8mm×60.4mm×0.175mm，有效发电面积为23.88cm²的太阳电池－温差电池复合电源。

上述太阳电池－温差电池复合电源将薄膜温差电池与砷化镓太阳电池直接耦合，二者使用相同的衬底材料，达到重量相互匹配；另外，薄膜温差电池可以在很小的面积上集成几百甚至上千对温差电元件，即使在1℃温差下，也会有明显的电输出，可有效利用太阳电池背光面背底温度进行发电。该太阳电池－温差电池复合电源模拟空间AM₀条件进行工作，此条件下太阳电池的背底温度为80℃，以热输入10W，10℃工作温差计算，温差电池电功率输出为323mW，可以使复合电源具有3个百分点的转换效率提升。

本实用新型的另一种制作过程：

在太阳电池背光面衬底上采用磁控溅射的方法直接依次生长热端导电层、N型温差电元件、P型温差电元件，其余制作方式与上一种制作过程相同，即薄膜温差电池的热端衬底和太阳电池背光面衬底为同一个衬底，制作太阳电池－温差电池复合电源。

尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式。这些结构均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种太阳电池-温差电池的复合电源，包括太阳电池和温差电池，其特征在于：所述温差电池的热端衬底和太阳电池的背光衬底表面无间耦合为一体，所述温差电池的冷端衬底表面制有发射涂层。

2.根据权利要求1所述一种太阳电池-温差电池的复合电源，其特征在于：所述太阳电池为单片三节GaInP₂/GaAs/Ge太阳电池，所述温差电池为BiTe基薄膜温差电池。

3.根据权利要求1或2所述一种太阳电池-温差电池的复合电源，其特征在于：所述无间耦合为温差电池的热端衬底经耦合剂黏附在太阳电池的背光衬底表面。

4.根据权利要求1或2所述一种太阳电池-温差电池的复合电源，其特征在于：所述无间耦合为在太阳电池背光衬底上直接生长温差电薄膜和导电层形成的温差电池。

5.根据权利要求3所述一种太阳电池-温差电池的复合电源，其特征在于：所述耦合剂为有机导热硅脂。

6.据权利要求1或2所述一种太阳电池-温差电池的复合电源，其特征在于：所述温差电池和太阳电池的衬底均为聚酰亚胺薄膜。

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