太阳能高效利用的有机温差热电体系的构建与性能调控

The heat energy can be directly converted into electric energy by the motion of carriers inside the solid in the thermoelectric system, which is a solid-state energy conversion module without environmental and noise pollution. In order to resolve the core scientific problems of inefficient use of solar radiation because of the low thermal efficiency of visible light accounted for 40% of solar radiation and the difficulty of modeling due to poor processability of inorganic thermoelectric materials, a novel thermoelectric system with high utilization efficiency of solar energy is designed and established through combination of visible light-driven phase change materials and conducting polymers doped by nanocarbon. To provide new thermoelectric materials with good performance, the preparation technique, structure, electrical conductivity, seebeck coefficient and thermal conductivity of conducting polymers doped with nanocarbon are studied, and the modulation mechanism of interface effect in composite structure of heat and electric transport will be discussed. The process of harvesting of visible light, light-heat conversion, thermal-electrical conversion will be researched to realize efficient utilization of solar radiation. This research will show significant theoretical value and practical meaning.

温差热电利用固体内部载流子运动来实现热能和电能的直接转换，属于全固态能量转换方式，具有清洁、无噪音等特性。本项研究针对太阳能温差热电体系对占太阳辐射能40%的可见光直接热效应低导致太阳辐射难以高效利用、无机热电材料可加工性差导致器件成型困难的核心问题，设计将对可见光具有强吸收与光热转换功能的染料、储能密度大且温度近似恒定的有机相变材料、易加工成型的纳米碳掺杂本征态取代聚噻吩导电高分子引入温差热电，构筑太阳能高效利用的有机温差热电体系。对纳米碳掺杂本征态改性聚噻吩导电高分子热电材料的制备技术、结构、电导率、赛贝克系数和热导率进行系统研究，揭示复合结构中界面效应对电、热输送的调制机制，为探寻性能优异的新型热电材料提供借鉴；研究所构建的温差热电体系中光、热、电的能量捕集、转换与传递机理，实现太阳能高效利用，为高性能太阳能温差热电研究提供理论依据。

温差热电利用固体内部载流子运动实现热能和电能的直接转换，属于全固态能量转换方式，具有清洁、无噪音等特性。本项研究针对太阳能温差热电体系对占太阳辐射能40%的可见光直接热效应低导致太阳辐射能难以高效利用的核心问题，设计将对可见光具有强吸收与光热转换功能的染料、碳材料、储能密度大且温度近似恒定的有机相变材料引入温差热电，构筑太阳能高效利用的有机温差热电体系。研究所构建的温差热电体系中光、热、电的能量捕集、转换与传递机理，为高性能太阳能温差热电研究提供理论依据。.项目执行期间，赋予支撑骨架相变特性，并引入碳材料、染料等光热转换材料，制备了高相变焓值、高光热转换效率的热端相变储热材料。制备了高蓄冷能力的冷端相变蓄冷材料，并利用热端光热转换材料、温差组件、冷端蓄冷材料构建太阳能温差热电体系，利用热端光热转换相变材料的光捕集与光热转换性能实现可见光向热能的转换，利用冷热端相变材料的相变特性，实现温差控制，得到一定时间内稳定的电流输出。进一步对温差组件进行结构设计与改进，构建了柔性热电体系。.经系统研究，成功制备了性能优异的热端相变材料和冷端相变材料，构建了相变材料支撑的太阳能温差热电体系，实现了太阳能通过热能向电能的转换，且利用相变材料相变过程温度恒定的特性，实现温差控制，得到了一定时间内稳定的电流输出。利用聚合物为柔性基底，构建柔性热电器件，为高性能太阳能温差热电体系的构建与柔性器件的设计提供了新思路。