包含光伏变换器和被包括在光伏变换器的支撑基体内的热电变换器的能量产生装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用来产生电能的基础装置，该装置包含有光伏变换器和热电变换器，光伏变换器包含有沉积在热绝缘材料制成的支撑基体（３）上的堆栈层，该堆栈层包含有作为上电极（１００）的第一导电层和作为下电极（２００）的第二导电层，在上电极和下电极之间包夹光敏材料层；热电变换器包含有作为热结（２００）的第三导电层和作为冷结（３００）的第四导电层，在热结和冷结之间包夹热电和导电材料制成的元件（４００），其特征在于，热电和导电元件（４００）被包括在支撑基体（３）的厚度中，以使该元件的一端与热结（２００）接触且使该元件的另一端与冷结（３００）接触。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于能量恢复和变换系统的领域。特别涉及一种能够使光伏变换器和热电 变换器耦合以产生电能的装置。
技术介绍
光伏(photovoltaic)变换器也称为太阳电池，用来将光能变换成为电能。主要 地包含有支撑基体，由电绝缘和热绝缘材料形成，在其上沉积有堆栈层，该堆栈层包括n/p 结，包含两层半导体层(一层半导体层为η型层，另一层半导体层为P型层)；两层导电层， 位于该η/ρ结的各侧，η/ρ结的一个面用来接受光线照射。光伏变换器所具有的问题是其输出功率随着温度的上升而大幅地减小。例如，对 于晶体硅制成的光伏变换器，每增加一摄氏度，输出功率的损失在0. 4%至0. 5%的范围内 (详见本说明的最后的参考文献)。用来减轻该功率的减小的解决方法包含使光伏变换器与热电变换器耦合。通过使 用存在于热电材料的两端之间的温度差，热电变换器可以有效地使热变换成为电能。在现有技术中，在光伏变换器和热电变换器之间有两种已知的耦合型式。首先，依照本说明的最后的参考文献，可以通过将热电变换器2配置在光伏 变换器1的下面而使热电变换器和光伏变换器耦合，光伏变换器被定向成使其面向光线照 射。如图1所示，由此所获得的装置包含有支撑基体3，在支撑基体3的一个面上沉积 有光伏变换器1，光伏变换器1包含有被包夹在导电层(上电极10)和另一导电层(下电极 11)之间的一层η型掺杂半导体材料12和一层ρ型掺杂半导体材料13的堆栈(形成η/ρ 结14)，在支撑基体3的相反面上沉积有热电变换器2，热电变换器2包含有被包夹在导电 层20和另一导电层21之间的热电材料层24(在图1中热电效应由符号Δ T表示)。这种特别的构造的问题是不能使用在光伏变换器中所产生的最大热梯度，S卩，由 于其热绝缘性质，不能使用由光伏变换器的支撑基体所产生的热梯度。另外，由于支撑基体的热绝缘性质，经由支撑基体的光伏变换器和热电变换器之 间的热耦合相对较差。因此，热电变换器中的热-冷温度差相应地较低，且就电能产量而言 产量小。参照本说明的最后的参考文献来说明另一种已知的耦合型式。由热电和导电 材料形成的两个电极被配置成一个电极在光伏变换器的面对光线照射的面上，另一个电极 被埋入到光伏变换器之下。这种型式的耦合以图2示意。在支撑基体3上配置包含有η型半导体材料层120 和P型半导体材料层130 (形成η/ρ结140)的堆栈层，该堆栈被包夹在导电和热电材料层 (用来形成光伏变换器的上电极30和热电变换器的热结30两者)与导电和热电材料层(用来形成光伏变换器的下电极31和热电变换器的冷结31两者)之间。利用这种型式的耦合，其优点是获得温度差，该温度差存在于光伏变换器的η/ρ 结的厚度中，即，存在于光伏变换器的前面和其埋入部分之间。当光伏变换器的η/ρ结受到 光线照射，例如，太阳照射时，可产生温度差。通过在光伏变换器的相反面上沉积热电材料(使前面和埋入面与光伏变换器的 支撑基体接触)，使经由热电变换使用该温度差成为可能。通常所知，由热电变换器恢复的电能越高，温度差就越大，可以确定，只有在形成 光伏变换器的η/ρ结的材料的热阻很高时，第二种构造才会有利。所以，可以推论为这种型 式的耦合限于由低导热系数的材料(例如，GaN型的光伏材料)制成的光伏变换器，以使光 线能够加热光伏变换器的上部并使下部保持为”冷"。这种型式的耦合不能适用于由热阻很低的硅制成的光伏变换器，因为温度差以及 由热电效应恢复的电能将小至可以忽视。另外，硅制成的光伏变换器为最常见的光伏变换ο另外，在薄层光伏变换器的特别情况中，这种型式的耦合甚至不起作用，因为光伏 变换器的热梯度保持为零。应该记住的是，由光吸收产生的热能，S卩，80 %的光能不由光伏变换器单独使用， 已知的解决方法不能满意地克服此问题，本专利技术者通过以新颖的方式将光伏变换器与热电 变换器耦合来达成恢复该热能的部分热能的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的是获得一种用来产生电能的基础装置，该装置包含有光伏变换器和 热电变换器，光伏变换器包含有沉积在热绝缘材料制成的支撑基体上的堆栈层，该堆栈层包含有作 为上电极的第一导电层和作为下电极的第二导电层，在上电极和下电极之间包夹光敏材料 层；热电变换器包含有作为热结的第三导电层和作为冷结的第四导电层，在热结和冷结之 间包夹热电和导电材料制成的元件，其特征在于，热电和导电元件被包括在光伏变换器的热绝缘材料制成的支撑基体的厚 度中，以使该元件的一端与热结接触且使该元件的另一端与冷结接触。此处，依照本专利技术，光伏变换器与热电变换器以这样的方式耦合，以便可以使用光 伏变换器的由电绝缘材料(通常为玻璃)制成的支撑基体所产生的热梯度。优选地，第一导电层对入射光线是透明的。优选地，热结和下电极为一个且相同的导电层。优选地，热电和导电元件被包括在支撑基体的整个厚度中。依照一个实施例，支撑基体是玻璃(即，二氧化硅)制成的基体。依照另一实施例，支撑基体是气凝胶制成的基体。优选地，支撑基体是二氧化硅气 凝胶制成的基体。如上所述，气凝胶是以气体代替液体混合物的与凝胶相似的材料。气凝胶是具有高的热绝缘性(导热系数小于0. 2W · πΓ1 · k—1)的密度非常低的固体。优选地，光伏变换器的光敏材料层包含有η型的第一半导体材料层和P型的第二 半导体材料层。热电和导电元件可以由金属或半导体材料制成。优选地，热电和导电元件包含有η型的第一热电和导电材料和P型的第二热电和 导电材料。优选地，热电和导电元件包含有η型的第一热电和半导体材料和P型的第二热电 和半导体材料。本专利技术还涉及用来产生电能的系统。该系统包含有i个光伏变换器和i个热电变 换器，i为2或2以上的整数，该i个光伏变换器和该i个热电变换器分别串联地电连接，各个光伏变换器包含有沉积在热绝缘材料制成的支撑基体上的堆栈层，该堆栈层包含 有作为上电极的第一导电层和作为下电极的第二导电层，在上电极和下电极之间包夹光敏 材料层；各个热电变换器包含有作为热结的第三导电层和作为冷结的第四导电层，在热结和冷 结之间包夹η型的热电和导电材料制成的元件和ρ型的热电和导电材料制成的元件，η型 元件和P型元件互相隔开，其特征在于，各个热电变换器的η型元件和P型元件被包括在热绝缘材料制成的各个 光伏变换器的支撑基体的厚度中，以使η型元件的一端和ρ型元件的一端与同一热结接触， 并使η型元件的另一端和ρ型元件的另一端与属于相邻的热电变换器的冷结接触。优选地，光伏变换器的支撑基体对于所有的光伏变换器为一个且相同的支撑基 体。优选地，各个热结和各个下电极为一个且相同的导电层。优选地，η型和ρ型的热电材料为η型和ρ型的半导体材料。依照一个实施例，支撑基体为玻璃(即，二氧化硅)制成的基体。依照另一实施例，支撑基体为气凝胶制成的基体。优选地，支撑基体为二氧化硅气 凝胶制成的基体。本专利技术涉及一种制造如上所述的基础能量产生装置的方法。该方法包含有下列步 骤(a)设置热绝缘和电绝缘材料制成的支撑基体；(b)在支撑基体的一个面上沉积导电层；(c)从与包含有在步骤(b)沉积的导电层的面相反的面开始在支撑基体的厚度中蚀刻 延伸至该导电层的孔；(d)对该孔填充热电和导电混合物并烧结该混合物；(e)在与包含有在步骤(b)沉积的导电层的面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种产生电能的基础装置，包含有光伏变换器和热电变换器，光伏变换器包含有沉积在热绝缘材料制成的支撑基体（３）上的堆栈层，该堆栈层包含有作为上电极（１００）的第一导电层和作为下电极（２００）的第二导电层，在上电极和下电极之间包夹光敏材料层；热电变换器包含有作为热结（２００）的第三导电层和作为冷结（３００）的第四导电层，在热结和冷结之间包夹热电和导电材料制成的元件（４００），其特征在于，热电和导电元件（４００）被包括在光伏变换器的热绝缘材料制成的支撑基体（３）的厚度中，以使该元件的一端与热结（２００）接触且使该元件的另一端与冷结（３００）接触。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克皮利所尼尔，史蒂芬妮卡普德维，费德里克佳兰德，尚菲力浦穆乐，赛巴斯丁诺尔，尚菲力浦史怀兹，杰洛米吉尔斯，
申请(专利权)人：法国原子能与替代能委员会，法国圣哥班玻璃公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]