采用TCOs滤波器的硅电池热光伏系统的性能研究

建立了以硅电池为转换器的热光伏(TPV)系统的能量流动模型和透明导电氧化物(TEOs)滤波器的婵论模型;分析了载流子浓度和薄膜厚度等参数对光谱效率的影响,并得到对应于不同辐射器温度下的最佳载流子浓度和薄膜厚度;最后讨论了采用TCOs滤波器对TPV系统件能的影响得出以下结论:以SiC为灰体辐射器,适用于1600～1800K辐射器温度的TCOs滤波器的最优载流子浓度区间为(1.23～1.29)×1021cm-3,薄膜厚度区间为366～340nm.辐射器温度为1800K时,采用了TCOs滤波器的TPV系统的输出电功率密度为0.41 W/cm2,光谱效率和TPV效率分别为37.1%和7.9%;相较于未采用TCOs滤波器的TPV系统,输出电功率密度有一定程度减小,而光谱效率和TPV效率却大幅提升.     

热光伏系统中透明导电氧化物滤波器的优化分析

建立了透明导电氧化物(TCOs)滤波器的理论模型，分析了载流子浓度和迁移率对其光学性能的影响。计算了TCOs滤波器应用于以GaSb电池为转换器的热光伏(TPV)系统的最佳载流子浓度和薄膜厚度，最后讨论了石英玻璃衬底厚度的影响。得出以下结论：辐射器温度为1400～1600 K时，匹配Al2 03/Er3Al5 012熔融陶瓷选择性辐射器的TCOs滤波器的最优载流子浓度、薄膜厚度区间分别为(4.3～4.4)×1020 cm -3、389～399 nm，而匹配SiC灰体辐射器的则为(4.4～4.6)×1020 cm -3、382～383 nm;石英玻璃衬底的厚度对TCOs滤波器性能的影响很小，可以忽略。辐射器温度为1500 K时，Al203lEr3Al5012选择性辐射器／TCOs滤波器／GaSb电池的TPV系统输出电功率密度为0.38 W／cm2，光谱效率和TPV效率分别为56.6%和16.7%．     

采用辐射热阻网络法对热光伏系统热分析

采用辐射热阻网络方法建立了热光伏(TPV)系统的辐射换热模型,并指出不考虑石英玻璃管对辐射光子可能的波长转换作用会导致计算所得的石英玻璃管的光谱发射功率密度与普朗克定律相违背。采用添加单色波热源的方式对辐射换热模型进行了修正,得到了系统的辐射热流密度、光谱效率和石英玻璃管的等效辐射温度等一些重要参数,与参考文献中结果吻合较好。     

一维Si/SiO_2光子晶体应用于热光伏的新进展

针对一维(1D)Si/SiO_2光子晶体滤波器在GaSb热光伏电池特征波长处存在较大反射峰的问题,根据等效折射率理论,将其基本结构由(L/2HL/2)~5改进为[1.10(L/2HL/2)](L/2HI/2)~3[1.10(L//2HI/2)].结果表明:改进的滤波器在特征波长处的透过率有较大提高,且抑制了长波光子的透过.辐射器为1250℃的黑体时,采用改进滤波器的TPV系统的光谱效率为33.3%,输出电功率密度为1.06W·cm~(-2),相对于采用原滤波器的TPV系统增长幅度均超过了10%,电池效率也有所提高.