光熱轉換器件的製作方法

2024-01-31 02:43:15 2

本發明涉及光轉換領域，尤其涉及一種光熱轉換器件。

背景技術：

能源短缺是人類長期面臨的一大難題，也是制約我國經濟發展的一個重要因素。開發新能源尤其是開發清潔能源是當今時代的重要主題。太陽能作為一種清潔能源，具有以下特點：1)太陽能是人類可開發，可利用的最豐富的能源，取之不盡，用之不竭；2)太陽光普照地球各地，可就地開發和利用，無運輸問題；3)太陽能作為一種清潔能源，開發和利用時都不會汙染環境和影響生態。對太陽能的利用主要有光熱轉換，光化學轉換和光電轉換等。光熱轉換(即將太陽能轉化為熱能)是直接利用太陽能的一個捷徑，目前已有太陽能光熱轉換的應用，包括熱水器、乾燥器、太陽灶、高溫爐和光熱發電等。

光熱轉換應用的主要障礙是缺乏有效的直接對太陽光進行光熱轉換的材料。已報導的具有光熱轉換效應的材料有碳納米管、石墨烯、四氧化三鐵、金納米顆粒等，都在目前的研究及今後的實際應用中存在很多的局限性，如納米材料的分散問題；成本高、價格昂貴的問題。

技術實現要素：

基於此，有必要提供一種新型光熱轉換器件。

一種光熱轉換器件，包括光熱轉換層，該光熱轉換層包括鈣鈦礦結構材料。

相較於現有技術，本發明提出了將鈣鈦礦結構材料作為光熱轉換材料。相對於碳納米管、石墨烯、金納米顆粒等物質分散困難的問題，所述鈣鈦礦結構材料在溶劑中具有良好的溶解性能，可通過溶液塗覆的方式進行應用。該鈣鈦礦結構材料對可見光具有響應性，可以通過太陽光照射實現熱轉換。相對於納米材料，該鈣鈦礦結構材料成本較低。

附圖說明

圖1為本發明實施例光熱轉換器件的結構示意圖；

圖2為本發明實施例的有機-無機雜化金屬滷化物鈣鈦礦材料(甲基氨基碘化鉛CH3NH3PbI3)負載在玻璃片上的光熱轉換效果圖；

圖3為本發明實施例的有機-無機雜化金屬滷化物鈣鈦礦材料(甲基氨基碘化鉛CH3NH3PbI3)負載在高分子薄膜上的光熱轉換效果圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例對本發明的光熱轉換器件進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。

請參閱圖1，本發明實施例提供一種光熱轉換器件10，包括光熱轉換層14，該光熱轉換層14包括鈣鈦礦結構材料。該鈣鈦礦結構材料能夠將光照轉換為熱能。該光照至少包括可見光照射，還可以包括紫外光照射和紅外光照射。優選的，該光照為太陽光照射。可以理解，該光熱轉換層14可以僅由該鈣鈦礦結構材料組成，也可以包括其他材料。

該鈣鈦礦結構材料由通式ABX3表示，其中A選自鹼金屬元素(如Cs)及+1價有機胺基團中的至少一種。該有機胺基團例如可以選自R1NH3+、R1R2NH2+、R1R2R3NH+、R1R2R3R4N+、(R1R2N＝CHNR3R4)+及(H2N＝CHNH2)+中的至少一種，所述R1、R2、R3及R4獨立的選自烷基鏈，優選為具有1至10個碳原子的烷基鏈。B為+2價金屬元素，優選為Pb或Sn。X選自滷族元素中的一種或多種，優選為F、Cl、Br及I中的至少一種。當A為+1價有機胺基團時，該鈣鈦礦結構材料為有機-無機鈣鈦礦材料。在更優選的實施例中，A為甲胺基團(CH3NH3+)。

該光熱轉換器件10可進一步包括基底12，該光熱轉換層14與該基底12層疊設置。該基底12可以是利用該光熱轉換層14產生的熱量實現某一功能的功能性元件，例如可以是太陽能熱水器的箱體。

本發明提出了將鈣鈦礦結構材料作為光熱轉換材料。該鈣鈦礦結構材料在溶劑中具有較好的溶解性，能夠在溶劑中容易的分散而形成溶液。特別是有機-無機鈣鈦礦材料對水和有機溶劑具有良好的溶解性能。該鈣鈦礦光熱轉換層可通過溶液塗覆的方式進行應用。

具體的，該光熱轉換層14的製備方法包括：

提供光熱轉換層前驅體溶液，該光熱轉換層前驅體溶液包括溶劑和分散在該溶劑中的鈣鈦礦結構材料；

將該光熱轉換層前驅體溶液塗覆在基底12上；以及

去除該溶劑，從而在該基底12上形成光熱轉換層14。

該溶劑優選為有機溶劑N,N-二甲基甲醯胺(DMF)及γ-丁內酯中的至少一種。

所述塗覆具體可以是將該光熱轉換層前驅體溶液滴加在該基底12上，旋轉塗覆在該基底12上，或者將該基底12浸入該光熱轉換層前驅體溶液後取出。

所述去除該溶劑可以是通過加熱使該溶劑乾燥，該加熱溫度優選為約100℃。

該鈣鈦礦結構材料具有良好的光熱效應，因此可以對太陽光的照射具有有效的響應性，可以被用於多種領域，如太陽能制熱、機器人、航天材料等。相對於納米材料，該鈣鈦礦結構材料成本較低。

實施例1

將甲基氨基碘化鉛(CH3NH3PbI3)溶解在DMF中，形成光熱轉換層前驅體溶液。將該光熱轉換層前驅體溶液塗覆在玻璃基底表面，100℃加熱去除DMF，從而在玻璃基底表面得到一層黑色的CH3NH3PbI3鈣鈦礦膜，該CH3NH3PbI3鈣鈦礦膜為光熱轉換層14。請參閱圖2，將負載有CH3NH3PbI3鈣鈦礦膜的玻璃基底在室溫下置於模擬太陽光下照射，光強為120W/cm2，並用紅外熱成像儀實時監測玻璃基底的溫度，待光照20秒後，該負載有CH3NH3PbI3鈣鈦礦膜的玻璃基底的溫度即可達到58℃。

實施例2

將甲基氨基碘化鉛(CH3NH3PbI3)溶解在DMF中，形成光熱轉換層前驅體溶液。將該光熱轉換層前驅體溶液塗覆在高分子薄膜表面，100℃加熱去除DMF，從而在高分子薄膜表面得到一層黑色的CH3NH3PbI3鈣鈦礦膜，該CH3NH3PbI3鈣鈦礦膜為光熱轉換層14。請參閱圖3，將負載有CH3NH3PbI3鈣鈦礦膜的高分子薄膜在室溫下置於模擬太陽光下照射，光強為120W/cm2，並用紅外熱成像儀實時監測高分子薄膜的溫度，待光照20秒後，該負載有CH3NH3PbI3鈣鈦礦膜的玻璃基底的溫度即可達到56℃。當光強為150W/cm2，用紅外熱成像儀實時監測高分子薄膜的溫度，待光照20秒後，該負載有CH3NH3PbI3鈣鈦礦膜的玻璃基底的溫度即可達到71℃。

以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。