基於半導體製冷技術的敏化太陽電池低溫恆溫測試平臺的製作方法
2023-06-10 23:51:46
基於半導體製冷技術的敏化太陽電池低溫恆溫測試平臺的製作方法
【專利摘要】本發明公開了基於半導體製冷技術的敏化太陽電池低溫恆溫測試平臺，用以測試敏化太陽電池在恆定低溫狀態下的性能，採用直流供電系統為半導體製冷片進行供電，通過一體化水冷散熱器對制熱端進行散熱，保證製冷端有良好的製冷效果，本發明核心製冷部分是半導體製冷片，將半導體製冷片的製冷端朝外，制熱端置於一體化水冷散熱器的水冷頭表面，水冷頭吸收半導體製冷片制熱端產生的熱量，並通過內置水冷液將熱量傳輸給散熱片。本發明具有如下優點：製冷速度快，易於控制，可以容易做到精確控溫；特有的真空密封保溫箱以及遮光板，在保溫的條件下可以儘可能的減小測試時帶來的各種誤差；體積小，成本低，適合實驗室等科研場合使用。
【專利說明】基於半導體製冷技術的敏化太陽電池低溫恆溫測試平臺
【技術領域】
[0001]本發明屬於半導體製冷【技術領域】，涉及一種基於半導體製冷技術的敏化太陽電池低溫恆溫測試平臺，主要應用於染料敏化太陽、鈣鈦礦型太陽電池、薄膜太陽電池等新型敏化太陽電池在指定溫度狀態下宏微觀性能測試。
技術背景
[0002]染料敏化太陽電池由瑞士洛桑高等理工學院Michael Gr^itzel教授於1991年取得突破性進展以來，以其獨特的夾層結構設計、相對低廉的成本、簡單的製作過程、特殊的光電轉換原理以及良好的透光性，引起人們的廣泛關注。敏化太陽電池中最新發現的鈣鈦礦型太陽電池不僅能大幅度降低太陽電池的使用成本，還可提高敏化電池的光電轉換效率，專家預測該種太陽電池的光電轉換效率可達到30%，具有很強的市場潛力。為了解太陽電池在各種氣溫條件下的工作性能，需要在各種溫度下對電池進行宏微觀性能測試。目前來說敏化太陽電池的低溫測試方法有:
1.將太陽電池放置在液氮低溫恆溫器內進行測試。這種方法的缺點是設備成本高，測試需要消耗液氮，性價比低。
[0003]2.將敏化太陽電池置於冰凍的酒精內進行測試。這種方法缺點是冰凍酒精會影響入射光的射入，造成誤差，而且無法做到精確測溫與控溫。
[0004]因此，為解決以上兩種方法所存在的弊端，發明了一種基於半導體製冷技術的敏化太陽電池低溫恆溫測試平臺。半導體製冷又稱電子製冷，或者溫差電製冷，它利用特種半導體材料構成的P-N結，形成熱電偶對，產生珀爾帖效應，即通過直流電製冷的一種新型製冷方法，與壓縮式製冷和吸收式製冷並稱為世界三大製冷方式。半導體製冷無機械傳動部分，工作中無噪音，無液、氣工作介質，因而不汙染環境，製冷參數不受空間方向以及重力影響，在大的機械過載條件下，能夠正常地工作；通過調節工作電流的大小，可方便調節製冷速率；通過切換電流方向，可使製冷器從製冷狀態轉變為制熱工作狀態；作用速度快，使用壽命長，且易於控制。本發明採用半導體製冷技術，不僅減小了設備的製造成本與體積，並且可以在恆溫、高透光性的空間內對電池進行宏微觀性能測試，減小儀器本身在電池測試過程中導致的各種誤差影響。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於提供一種基於半導體製冷技術的敏化太陽電池低溫恆溫測試平臺，用以測試敏化太陽電池在恆定低溫狀態下的性能。採用半導體製冷技術，製冷速度快，易於控制，可以容易做到精確控溫。
[0006]本發明是這樣來實現的，基於半導體製冷技術的敏化太陽電池低溫恆溫測試平臺，它包括:真空密封保溫箱，活動門，真空閥門，隔熱墊圈，半導體製冷片，測試用接線柱，溫度傳感器，供電用接線柱，一體化水冷散熱器水冷頭，散熱片，第一水冷軟管，第二水冷軟管，恆溫控制器，第一石英玻璃，第二石英玻璃和遮光板；其特徵在於:所述半導體製冷片的製冷端朝外，制熱端置於一體化水冷散熱器水冷頭的表面固定；所述一體化水冷散熱器水冷頭上設有測試用接線柱和供電用接線柱，溫度傳感器通過供電用接線柱內置通路連接至恆溫控制器；所述一體化水冷散熱器水冷頭通過第一水冷軟管以及第二水冷軟管與散熱片連接；所述半導體製冷片周圍覆有一層黑色的隔熱墊圈；其半導體製冷片製冷端上方安裝有一個真空密封保溫箱，真空密封保溫箱上下兩面開有透光孔並覆蓋第一石英玻璃和第二石英玻璃，第一石英玻璃上覆蓋有遮光板，真空密封保溫箱正面裝有可開啟的活動門，活動門上裝有一個真空閥門。
[0007]進一步的，所述散熱片上設有散熱片電源線，所述一體化水冷散熱器水冷頭設有一體化水冷器電源線，所述恆溫控制器上設有恆溫控制器電源線。
[0008]進一步的，所述測試平臺一體化水冷散熱器水冷頭上設有四個接線柱，二個測試用接線柱和二個供電用接線柱，其中測試用接線柱與為半導體製冷片供電的供電用接線柱。
[0009]進一步的，所述測試平臺真空密封保溫箱上有光通路，且光通路的透光面積可選擇。
[0010]進一步的，所述測試平臺真空密封保溫箱內壁均貼有黑色保溫材料。
[0011]進一步的，所述測試平臺採用恆溫控制器以設定、顯示、控制真空密封保溫箱內的溫度。
[0012]進一步的，所述真空密封保溫箱用密封膠條與一體化水冷散熱器水冷頭連接。
[0013]進一步的，所述的真空密封保溫箱上設有光通路，且光通路的透光面積可選擇。
[0014]本發明核心製冷部分是半導體製冷片，將半導體製冷片的製冷端朝外，制熱端置於一體化水冷散熱器的水冷頭表面，水冷頭吸收半導體製冷片制熱端產生的熱量，並通過內置水冷液將熱量傳輸給散熱片，散熱片通過風扇進行風冷散熱。散熱器水冷頭上設有四個接線柱，分別用以連接測試電池以及為半導體製冷片供電的線路，其中測試用接線柱可與太陽電池測試設備相連。溫度傳感器通過供電用接線柱內置通路連接至恆溫控制器，用以測試真空密封箱內溫度。在製冷片周圍覆有一層黑色的隔熱墊圈，用以隔絕製冷端與制熱端的溫度傳遞。在製冷器的上方安裝有一個真空密封保溫箱，為測試電池製造一個真空恆溫的環境。該真空密封保溫箱上下兩面開有透光孔並覆蓋石英玻璃，作為測試光線的通路；光線入射一側的石英玻璃上覆蓋有可調節透光面積的遮光板，可以根據需要選擇透光面積的大小；真空密封保溫箱正面裝有可開啟的活動門，活動門上裝有一個真空閥門，用以將真空密封保溫箱內抽成真空環境，防止凝露結霜。
[0015]本發明其採用直流供電系統為半導體製冷片進行供電，通過一體化水冷散熱器對制熱端進行散熱，保證製冷端有良好的製冷效果。在製冷端上方設有帶透光通道的真空密封保溫箱，該真空密封保溫箱在兩側裝有透光係數高的石英玻璃，盒內均為黑色吸光保溫材料，可以在測試時減小光線反射帶來的誤差；在入射光一側的石英玻璃上設有可選擇透光面積的遮光板，可根據需要選擇透光面積的大小，減小多餘光線在電池測試時造成的誤差；為方便放置被測電池，真空密封箱頂面設有活動門，活動門上設有真空閥門。本發明通過溫度控制器進行測溫與控溫，溫度傳感器置於真空密封保溫箱內。
[0016]與現有密封技術相比，本發明一種基於半導體製冷技術的敏化太陽電池低溫恆溫測試平臺具有如下優點:採用半導體製冷技術，製冷速度快，易於控制，可以容易做到精確控溫；採用一體化水冷散熱系統，散熱效果更好，保證半導體製冷片有良好的製冷效果；特有的真空密封保溫箱以及遮光板，在保溫的條件下可以儘可能的減小測試時帶來的各種誤差；體積小，成本低，對環境不會造成汙染，適合實驗室等科研場合使用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明的結構示意圖。
[0018]圖2為本發明的染料敏化太陽電池的放置組裝圖。
[0019]圖3為本發明的工作方式示意圖。
[0020]在圖中，包括真空密封保溫箱1，活動門2，真空閥門3，敏化太陽電池4，隔熱墊圈5，半導體製冷片6，測試用接線柱7，溫度傳感器8，供電用接線柱9，一體化水冷散熱器水冷頭10，散熱片11，散熱片電源線12，第一水冷軟管13，第二水冷軟管14，一體化水冷器電源15，恆溫控制器16，恆溫控制器電源線17，第一石英玻璃18，第二石英玻璃19，遮光板20，太陽電池測試設備21，電腦終端22。
【具體實施方式】
[0021]本發明揭示了一種基於半導體製冷技術的敏化太陽電池低溫恆溫測試平臺，結合圖1進行講述，本發明主要分為保溫、製冷和控溫三個部分。
[0022]在保溫部分，其主要包括有真空密封保溫箱I，在真空密封保溫箱I的正面設有活動門2，活動門2可以開啟，開啟後作為放置被測敏化太陽電池4的通道，活動門2上設有一個真空閥門3，用以將真空密封保溫箱I內的環境抽成真空狀態，消除凝露結霜對測試產生的影響；真空密封保溫箱I上下兩面開有透光孔並分別裝置第一石英玻璃18和第二石英玻璃19，作為光通路；在第一石英玻璃18上覆蓋有遮光板20，遮光板20由多塊開孔面積不同且可層層嵌套的遮光材料組成，可以根據測試需要選擇不同的嵌套方式以改變透光面積，測試光線從第一石英玻璃18射入並從第二石英玻璃19射出，保證光線垂直照射被測電池，減小光線在盒內的反射所產生的誤差；真空密封保溫箱I內壁均貼有黑色保溫材料，減小光線反射。真空密封保溫箱I用密封膠條與一體化水冷散熱器水冷頭10連接。
[0023]在製冷部分，其主要包括半導體製冷片6，在其制熱端均勻塗抹導熱矽脂後置於一體化水冷散熱器水冷頭10表面並固定。一體化水冷散熱器水冷頭10通過第一水冷軟管13和第二水冷軟管14與散熱片η進行水冷液循環交換，散發半導體製冷片產生的熱量，一體化水冷散熱器水冷頭10和散熱片11分別通過一體化水冷器電源線15和散熱片電源線12供電。在固定半導體製冷片6的一面設有測試用接線柱7和供電用接線柱9，其均設有內置通路與外部連接，分別用以連接測試電池的設備及為半導體製冷片6供電的電源線。半導體製冷片6周圍緊密的覆有一層黑色的隔熱墊圈5，用以隔絕製冷端與制熱端的溫度傳遞。
[0024]在控溫部分主要包括恆溫控制器16，溫度傳感器8通過供電用接線柱9的內置通路與恆溫控制器16相連接，當達到所設定溫度時則控制電源停止對半導體製冷片6進行供電，高於設定溫度時則繼續為半導體製冷片6供電。恆溫控制器16通過恆溫控制器電源線17進行供電。
[0025]具體實例:
本發明主要用于敏化太陽電池等新型太陽電池的低溫環境測試。將被測的敏化太陽電池4如圖2所示一樣放置於真空密封保溫箱I內，將敏化太陽電池4置於兩片石英玻璃(18、19)正中間並保持平行，將電池輸出兩端與測試用接線柱7連接。放置好電池後關上活動門2，通過真空閥門3使用抽氣泵將真空密封保溫箱I內抽成真空狀態。因敏化太陽電池4的有效測試面積為0.25cm2，為減小多餘光線對測試造成的誤差，因此將遮光板20嵌套至開有0.25 cm2透光孔的一塊。通過恆溫控制器設定所需溫度，接通電源。待真空密封保溫箱I內溫度達到指定溫度後，將測試光線如圖3所示照射被測敏化太陽電池4。之後通過太陽電池測試設備21與電腦終端22即可測得敏化太陽電池4在不同低溫下的輸出性能。
【權利要求】
1.基於半導體製冷技術的敏化太陽電池低溫恆溫測試平臺，它包括真空密封保溫箱，活動門，真空閥門，隔熱墊圈，半導體製冷片，測試用接線柱，溫度傳感器，供電用接線柱，一體化水冷散熱器水冷頭，散熱片，第一水冷軟管，第二水冷軟管，恆溫控制器，第一石英玻璃，第二石英玻璃和遮光板；其特徵在於:所述半導體製冷片的製冷端朝外，制熱端置於一體化水冷散熱器水冷頭的表面固定；所述一體化水冷散熱器水冷頭上設有測試用接線柱和供電用接線柱，溫度傳感器通過供電用接線柱內置通路連接至恆溫控制器；所述一體化水冷散熱器水冷頭通過第一水冷軟管以及第二水冷軟管與散熱片連接；所述半導體製冷片周圍覆有一層黑色的隔熱墊圈；其半導體製冷片製冷端上方安裝有一個真空密封保溫箱，真空密封保溫箱上下兩面開有透光孔並覆蓋第一石英玻璃和第二石英玻璃，第一石英玻璃上覆蓋有遮光板，真空密封保溫箱正面裝有可開啟的活動門，活動門上裝有一個真空閥門。
2.根據權利要求1所述的基於半導體製冷技術的敏化太陽電池低溫恆溫測試平臺，其特徵在於:所述散熱片上設有散熱片電源線，所述一體化水冷散熱器水冷頭設有一體化水冷器電源線，所述恆溫控制器上設有恆溫控制器電源線。
3.根據權利要求1所述的基於半導體製冷技術的敏化太陽電池低溫恆溫測試平臺，其特徵在於:所述測試平臺一體化水冷散熱器水冷頭上設有四個接線柱，二個測試用接線柱和二個供電用接線柱。
4.根據權利要求1所述的基於半導體製冷技術的敏化太陽電池低溫恆溫測試平臺，其特徵在於:所述測試平臺真空密封保溫箱上有光通路，且光通路的透光面積可選擇。
5.根據權利要求1所述的基於半導體製冷技術的敏化太陽電池低溫恆溫測試平臺，其特徵在於:所述測試平臺真空密封保溫箱內壁均貼有黑色保溫材料。
6.根據權利要求1所述的基於半導體製冷技術的敏化太陽電池低溫恆溫測試平臺，其特徵在於:所述真空密封保溫箱用密封膠條與一體化水冷散熱器水冷頭連接。
【文檔編號】G05D23/19GK104485887SQ201410605103
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月3日 優先權日:2014年11月3日
【發明者】陳駿, 劉偉慶, 梁忠冠, 段軍紅 申請人:南昌航空大學