用于热光伏发电系统的发射体材料的研究进展.pdfVIP

堡—舅墅蔓生贮曼堕堂丛墨皇墨堑堕塑堡监堕幽婴窒鲨星 !!! 用于热光伏发电系统的发射体材料的研究进展+ 徐峰1’2，刘爱民1”，罗慧晶1”，翁占坤1，2 (1．大连理工大学三束材料改性国家重点实验室，辽宁大连116024 2．大连理工大学物理系，辽宁大连116024) 摘 要： 热光伏(Thermophotovoltaic—TPV)发电 透过的红外光，并将其转化为电能。 技术是通过热光伏电池将发射体的热辐射能转换成电 由于热光伏发电系统吸收的光不是太阳光，而是 能的技术。发射体的发光性能取决于发射体材料的种 来自矿物燃料、天然气、燃油、同位素等加热的发射体， 类及其表面结构，它在很大程度上决定热光伏发电系 所以具有不依赖太阳光的优势，可以不分昼夜、季节和 统的效率。本文综述了用于热光伏发电系统的多种发 天气而提供稳定电能。另外，它具有静音、清洁、无机 射体材料的研究进展。 械结构、携带轻便、单位体积或重量发电功率比高、不 关键词：热光伏系统；发射体 易发生故障等优点。这使得热光伏发电系统在很多方 中图分类号：TM914 文献标识码：A 面有很大的潜在应用价值。 04 文章编号：i001—9731(2006)增刊一0373 1 引 言 热光伏(TPV)能量转换技术是利用热光伏电池， 将发射体辐射的能量直接转换为电能的发电技术。早 在1956年，麻省理工大学(MIT)实验室的H．H_差料 kolm博士[11就设计了一个基于硅电池的TPV系统， 推断出其理论输出功率可达1W。19世纪60年代初， MIT的访问学者提出了完整的TPV概斜2川。由于 TPV技术潜在的优越性，美国军方对TPv系统的研 究给予了大力支持，使得TPV技术有了很大程度的发 展。1993年，美国的NREL(国家可再生能源实验 室)、AstroPOWER、MIT林肯实验室等在政府的资助 下，对TPv系统进行了深入研究，发表了很多关于 TPV的发射体及整体系统的论文。随后，欧洲的一些 国家开始大力发展TPV技术“]。在英国，90年代后 期先后开始了砷化镓量子阱热红外光电池和锑化镓／ 砷化镓异质p—n结热红外光电池的研究。俄罗斯在 90年代后期开始公开报道其热红外光电池的研究。 目前热光伏技术已成为各国研究的热点。到目前为 止，已经召开了6次专门关于TPV技术的国际会议。 我国在这方面的工作尚处于起步阶段，仅有很少的文 献报道”_7J。 热光伏发电的原理与太阳能电池非常相似，其原 理如图1所示，它主要由发射体、选择性滤光器、热光 伏电池组成。其基本原理是通过矿物燃烧、同位素反 应等产生的能量加热发射体材料，被加热的发射体产 生红外光，红外光经过选择性滤光器，选择性滤光器反 射能量小于热光伏电池禁带宽度的光，这部分反射光， 可用于给发射体加热。而能量大于热光伏电池禁带宽 度的光，则可以透过选择性滤光器。热光伏电池吸收 ·基金项目：国家自然科学基金资助项且 收到稿件日期：2006—06—10 通讯作者：刘爱民 作者简介：徐峰(1982一)，男，江苏镇江人，硕士研究生，主要研究方向为光伏材料及其器件。 ．兰!! 塑 丝 塑 塑 垫!!生增型(37)卷 体发射体最大的不同就是其发射光谱主要集中在一个4f5d电子组态，因此有丰富的电子能级和长寿命激发 或几个波段上，如果发光波段和热光伏电池的响应光 态，可产生多种多样的辐射吸收和发射。稀土发光材 谱能很好的匹配，则可以制备出高效率的热光伏发电 料具有发光谱带窄、色纯度高、光吸收能力强，转化效 系统。19世纪70年代初，Guazzoni博士首先报道了率高等特点。这些优点决定了