【摘 要】
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在新型清洁能源的研究中,传统太阳能电池因为p-n结构很难在高温条件下使用,全新的太阳能转换利用的概念—光子增强热电子发射（PETE）可以在聚光后的高温条件下实现高效率光伏转换。本文开展了基于光PETE的理论模型研究和PETE真空电池热控单元和实验系统设计,对PETE电池光电转换效率的影响因素进行了分析与实验测量。首先综合考虑了阴极材料光学吸收系数、电池阴极厚度和Ga As禁带宽度对PETE器件转化
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在新型清洁能源的研究中,传统太阳能电池因为p-n结构很难在高温条件下使用,全新的太阳能转换利用的概念—光子增强热电子发射（PETE）可以在聚光后的高温条件下实现高效率光伏转换。本文开展了基于光PETE的理论模型研究和PETE真空电池热控单元和实验系统设计,对PETE电池光电转换效率的影响因素进行了分析与实验测量。首先综合考虑了阴极材料光学吸收系数、电池阴极厚度和Ga As禁带宽度对PETE器件转化效率的影响,建立了PETE真空电池的理论模型,并进行了模型的验证。基于PETE真空电池的理论模型,分别讨论了PETE电池阴极工作温度、PETE阴极电池表面电子亲和势等因素对PETE器件转换效率的影响。结果表明,理论计算模型的预测结果与文献结果的平均绝对误差（MAE）为2.2%,PETE电池阴极的工作温度为480K,阴极禁带宽度为1.33e V;电子亲和势为0.4e V时,PETE器件理论光电效率可达25.84%。对热控系统的冷却性能进行了CFD数值分析。分别讨论验证了使用PETE真空电池热控系统的必要性,探究了以水为冷却液工质时,入口管径、PETE电池阳极平台厚度、初始流量和冷却液温度条件下PETE真空电池阳极平台的温度分布、电池阳极工作区域平均温度、最高工作温度和最低工作温度的变化关系,使用初始流速5m/s的接近273K冰水在入口管径36mm,阳极平台厚度10mm的热控系统中工作,可以较好地控制PETE电池阳极的工作温度。设计搭建了PETE光电转换装置的搭建与实验步骤,对PETE真空电池腔体的密封电池结构与真空电极结构使用的电极引出方式、水冷结构进行实验分析,并对实验系统测定的真空度、电池阴极与阳极工作温度、发电电压进行分析与探究。结果表明:PETE电池系统可以进行光电转换工作,输出电能。
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