新型柔性光熱電器件研制成功

柔性太陽能熱電器件的結構與原理示意圖 中國科大供圖

目前我國在能量利用中，有大約60%的能量以廢熱的形式損耗。如何有效利用這些廢熱，是一個亟待解決的問題。光熱電（STE）器件不僅能將廢熱很好的轉化，還能利用光熱效應來進一步提高發電效率。除了選擇熱優值更大的熱電材料外，電能輸出功率也取決于光熱電器件兩端的溫差。

在該項工作中，研究人員發展了一種將輻射冷卻和選擇性光譜吸收材料協同利用的策略，即當器件處于陽光照射下時，頂部輻射冷卻層可以將陽光最大程度的反射來減小光熱效應，同時與溫度為3 K的宇宙深空進行輻射換熱，產生一個較低的溫度而不需要外接冷卻裝置。器件底端的選擇性太陽能吸收層則在最大化吸收太陽光的同時，減少熱量的輻射熱損失。

為制備出這種Janus器件，研究人員首先制備了一張輻射冷卻薄膜，然后在其背面組裝一端是p型碲化亞銅納米線和一端是n型碲化銀納米線的異質結陣列，及選擇性太陽能吸收層，最后將納米線組裝薄膜螺旋化得到Janus螺旋光熱電器件。

研究人員將制備好的器件置于戶外測試，發現在中午約0.6個太陽光（相當于600瓦每平方米太陽光輻射強度）的光照下，這種Janus螺旋光熱電器件兩端可以產生將近30攝氏度的溫差。當器件處于陽光照射下時，一方面，頂部輻射冷卻層可以將陽光最大程度的反射來減小光熱效應，同時與溫度為3 K的宇宙深空進行輻射換熱，產生一個較低的溫度而不需要外接冷卻裝置。另一方面，器件底端的選擇性太陽能吸收層則在最大化吸收太陽光的同時，減少熱量的輻射熱損失。

不同于絕大多數光熱電器件，這種器件的光熱端因設置在底部，使其具有和廢熱協同發電的潛力。此外，由于器件兩端輻射率很大的差異，使其在夜間仍然具有一定的溫差來進行發電。