中國科大團隊成功研制新型柔性光熱電器件

從中國科學技術大學獲悉，該校俞書宏院士團隊研制了一種新型柔性Janus(兩面型)螺旋結構的納米線組裝體光熱電器件，這種器件的結構可以在不耗費額外能量的同時，以一種柔性結構被動捕獲和耗散熱量，為實現(xiàn)普適性和高性能熱電器件設計提供了一種新的途徑。

　　相關研究成果日前發(fā)表于《先進材料》(Advanced Materials)。

　　據(jù)介紹，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地轉化，還能利用光熱效應來進一步提高發(fā)電效率。除了選擇熱優(yōu)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(fā)展了一種將輻射冷卻和選擇性光譜吸收材料協(xié)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(7.500, 0.22, 3.02%)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(fā)現(xiàn)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(shù)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(xié)同發(fā)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(fā)電。