[发明专利]一种一体化光伏-热电柔性发电设备及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种一体化光伏‑热电柔性发电设备及其制备方法和应用，属于光伏热电技术领域，解决了现有柔性发电设备未能实现全光谱太阳能利用、转换效率低、电力提供不充分和各发电模块最大输出功率相互受限的技术问题。本发明公开的一体化光伏‑热电柔性发电设备，将太阳能电池和热电器件结合，实现对整个太阳光谱的利用，同时以光子晶体层作为热端、环境温度作为冷端，提高了温差发电功率、减小了光伏电池的热量聚集，实现了光伏模块和热电模块各自最大的发电能力；采用弱光性能良好的钙钛矿类太阳能电池作为光伏发电模块的电力输出，保证稳定的电力提供。

技术领域

本发明属于光伏热电技术领域，具体涉及一种一体化光伏-热电柔性发电设 备及其制备方法和应用。

背景技术

随着电子器件日益精密化、小型化，对柔性发电设备的重大需求也越来越 得到重视。太阳能作为一种极易获得的可再生能源，能够满足柔性发电设备对 能源、绿色、便携、易得等方面的要求。而实现太阳能的全光谱利用，是提高 柔性太阳能发电设备性能的一种高效途径。

全光谱太阳发电的方式主要有光热发电、热电发电和多结光伏发电等。其 中光热发电和多结光伏发电存在系统庞大、刚性结构、结构复杂，成本高昂、 弱光广角限制等问题，无法实现柔性化。而热电器件虽然结构简单、体积小、 质量轻、易于制备柔性器件，但其较低的转换效率限制了适用范围。薄膜光伏 电池与热电器件的耦合是提高柔性发电设备太阳能利用效率的主要措施。但其 目前的结构主要以光伏电池为太阳能全光谱吸收层，同时作为热电器件的热端， 短波太阳能光伏电池自身利用，其余太阳能转换为热能通过热电器件发电。该 结构中光伏电池要始终保持高温，以便在热电器件两端形成温差，但这样会使 得光伏电池本身效率降低，从而影响整体设备发电效率。因而，该结构存在明 显能量分配不合理的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明遵循太阳能光谱匹配、梯级利用的 原则，提出了一种一体化光伏-热电柔性发电设备及其制备方法和应用，实现了 太阳光谱的高效利用和光伏、热电模块各自最大发电，解决了现有柔性发电设 备转换效率低、电力提供不充分、难以实现太阳全光谱利用、在弯曲、折叠条 件下输出功率不稳定等技术问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种一体化光伏-热电柔性发电设备，包括柔性衬底、柔性热 电薄膜、柔性导热层、柔性光子晶体层，柔性隔热层、柔性太阳能电池、滤光 薄膜、柔性绝热间隔层；所述柔性衬底置于底部，所述性柔性热电薄膜铺设于 柔性衬底正上方，柔性热电薄膜的一端为热端，另一端为冷端；所述柔性导热 层铺设于柔性热电薄膜热端一侧；所述柔性光子晶体层铺设于柔性导热层正上 方；所述柔性隔热层铺设于柔性热电薄膜冷端一侧；所述柔性太阳能电池置于 柔性隔热层正上方；所述滤光薄膜置于柔性太阳能电池正上方；所述柔性绝热 间隔层放置在柔性热电薄膜冷端一侧和热端一侧之间的分界处。

进一步地，所述柔性热电薄膜包括柔性半导体条状薄膜和导电电极；所述 柔性半导体条状薄膜置于柔性衬底上方；所述柔性半导体条状薄膜包括n型半 导体条状薄膜和p型半导体条状薄膜，所述n型半导体条状薄膜和p型半导体 条状薄膜依次平行排列，通过导电电极进行首尾串联。

进一步地，柔性衬底由聚偏氟乙烯、聚二甲基硅氧烷或聚氨酯制成；所述 柔性导电电极由柔性金属箔或导线制成。

进一步地，所述柔性半导体条状薄膜由有机热电半导体条状薄膜或无机热 电半导体条状薄膜制成；所述有机热电半导体条状薄膜包括PEDOT:PSS、 P₃HT、PEI或PANI，所述无机热电半导体条状薄膜包括Bi₂Te₃、PbTe、Cu₂Se 或Se₂Te₃。