基于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的敏化太陽電池低溫恒溫測試平臺的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的敏化太陽電池低溫恒溫測試平臺，用以測試敏化太陽電池在恒定低溫狀態(tài)下的性能，采用直流供電系統(tǒng)為半導(dǎo)體制冷片進(jìn)行供電，通過一體化水冷散熱器對制熱端進(jìn)行散熱，保證制冷端有良好的制冷效果，本發(fā)明核心制冷部分是半導(dǎo)體制冷片，將半導(dǎo)體制冷片的制冷端朝外，制熱端置于一體化水冷散熱器的水冷頭表面，水冷頭吸收半導(dǎo)體制冷片制熱端產(chǎn)生的熱量，并通過內(nèi)置水冷液將熱量傳輸給散熱片。本發(fā)明具有如下優(yōu)點：制冷速度快，易于控制，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盡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】基于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的敏化太陽電池低溫恒溫測試平臺

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制冷【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種基于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的敏化太陽電池低溫恒溫測試平臺，主要應(yīng)用于染料敏化太陽、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(tài)下宏微觀性能測試。
技術(shù)背景
[0002]染料敏化太陽電池由瑞士洛桑高等理工學(xué)院Michael Gr^itzel教授于1991年取得突破性進(jìn)展以來，以其獨特的夾層結(jié)構(gòu)設(shè)計、相對低廉的成本、簡單的制作過程、特殊的光電轉(zhuǎn)換原理以及良好的透光性，引起人們的廣泛關(guān)注。敏化太陽電池中最新發(fā)現(xiàn)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(zhuǎn)換效率，專家預(yù)測該種太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)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(jìn)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恒溫器內(nèi)進(jìn)行測試。這種方法的缺點是設(shè)備成本高，測試需要消耗液氮，性價比低。
[0003]2.將敏化太陽電池置于冰凍的酒精內(nèi)進(jìn)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(fā)明了一種基于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的敏化太陽電池低溫恒溫測試平臺。半導(dǎo)體制冷又稱電子制冷，或者溫差電制冷，它利用特種半導(dǎo)體材料構(gòu)成的P-N結(jié)，形成熱電偶對，產(chǎn)生珀爾帖效應(yīng)，即通過直流電制冷的一種新型制冷方法，與壓縮式制冷和吸收式制冷并稱為世界三大制冷方式。半導(dǎo)體制冷無機械傳動部分，工作中無噪音，無液、氣工作介質(zhì)，因而不污染環(huán)境，制冷參數(shù)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(diào)節(jié)工作電流的大小，可方便調(diào)節(jié)制冷速率；通過切換電流方向，可使制冷器從制冷狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹茻峁ぷ鳡顟B(tài)；作用速度快，使用壽命長，且易于控制。本發(fā)明采用半導(dǎo)體制冷技術(shù)，不僅減小了設(shè)備的制造成本與體積，并且可以在恒溫、高透光性的空間內(nèi)對電池進(jìn)行宏微觀性能測試，減小儀器本身在電池測試過程中導(dǎo)致的各種誤差影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的敏化太陽電池低溫恒溫測試平臺，用以測試敏化太陽電池在恒定低溫狀態(tài)下的性能。采用半導(dǎo)體制冷技術(shù)，制冷速度快，易于控制，可以容易做到精確控溫。
[0006]本發(fā)明是這樣來實現(xiàn)的，基于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的敏化太陽電池低溫恒溫測試平臺，它包括:真空密封保溫箱，活動門，真空閥門，隔熱墊圈，半導(dǎo)體制冷片，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，恒溫控制器，第一石英玻璃，第二石英玻璃和遮光板；其特征在于:所述半導(dǎo)體制冷片的制冷端朝外，制熱端置于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(shè)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(nèi)置通路連接至恒溫控制器；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(dǎo)體制冷片周圍覆有一層黑色的隔熱墊圈；其半導(dǎo)體制冷片制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并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(jìn)一步的，所述散熱片上設(shè)有散熱片電源線，所述一體化水冷散熱器水冷頭設(shè)有一體化水冷器電源線，所述恒溫控制器上設(shè)有恒溫控制器電源線。
[0008]進(jìn)一步的，所述測試平臺一體化水冷散熱器水冷頭上設(shè)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(dǎo)體制冷片供電的供電用接線柱。
[0009]進(jìn)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(jìn)一步的，所述測試平臺真空密封保溫箱內(nèi)壁均貼有黑色保溫材料。
[0011]進(jìn)一步的，所述測試平臺采用恒溫控制器以設(shè)定、顯示、控制真空密封保溫箱內(nèi)的溫度。
[0012]進(jìn)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(jìn)一步的，所述的真空密封保溫箱上設(shè)有光通路，且光通路的透光面積可選擇。
[0014]本發(fā)明核心制冷部分是半導(dǎo)體制冷片，將半導(dǎo)體制冷片的制冷端朝外，制熱端置于一體化水冷散熱器的水冷頭表面，水冷頭吸收半導(dǎo)體制冷片制熱端產(chǎn)生的熱量，并通過內(nèi)置水冷液將熱量傳輸給散熱片，散熱片通過風(fēng)扇進(jìn)行風(fēng)冷散熱。散熱器水冷頭上設(shè)有四個接線柱，分別用以連接測試電池以及為半導(dǎo)體制冷片供電的線路，其中測試用接線柱可與太陽電池測試設(shè)備相連。溫度傳感器通過供電用接線柱內(nèi)置通路連接至恒溫控制器，用以測試真空密封箱內(nèi)溫度。在制冷片周圍覆有一層黑色的隔熱墊圈，用以隔絕制冷端與制熱端的溫度傳遞。在制冷器的上方安裝有一個真空密封保溫箱，為測試電池制造一個真空恒溫的環(huán)境。該真空密封保溫箱上下兩面開有透光孔并覆蓋石英玻璃，作為測試光線的通路；光線入射一側(cè)的石英玻璃上覆蓋有可調(diào)節(jié)透光面積的遮光板，可以根據(jù)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(nèi)抽成真空環(huán)境，防止凝露結(jié)霜。
[0015]本發(fā)明其采用直流供電系統(tǒng)為半導(dǎo)體制冷片進(jìn)行供電，通過一體化水冷散熱器對制熱端進(jìn)行散熱，保證制冷端有良好的制冷效果。在制冷端上方設(shè)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(cè)裝有透光系數(shù)高的石英玻璃，盒內(nèi)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(cè)的石英玻璃上設(shè)有可選擇透光面積的遮光板，可根據(jù)需要選擇透光面積的大小，減小多余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(shè)有活動門，活動門上設(shè)有真空閥門。本發(fā)明通過溫度控制器進(jìn)行測溫與控溫，溫度傳感器置于真空密封保溫箱內(nèi)。
[0016]與現(xiàn)有密封技術(shù)相比，本發(fā)明一種基于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的敏化太陽電池低溫恒溫測試平臺具有如下優(yōu)點:采用半導(dǎo)體制冷技術(shù)，制冷速度快，易于控制，可以容易做到精確控溫；采用一體化水冷散熱系統(tǒng)，散熱效果更好，保證半導(dǎo)體制冷片有良好的制冷效果；特有的真空密封保溫箱以及遮光板，在保溫的條件下可以盡可能的減小測試時帶來的各種誤差；體積小，成本低，對環(huán)境不會造成污染，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(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明的染料敏化太陽電池的放置組裝圖。
[0019]圖3為本發(fā)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(dǎo)體制冷片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，恒溫控制器16，恒溫控制器電源線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(shè)備21，電腦終端22。

【具體實施方式】
[0021]本發(fā)明揭示了一種基于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的敏化太陽電池低溫恒溫測試平臺，結(jié)合圖1進(jìn)行講述，本發(fā)明主要分為保溫、制冷和控溫三個部分。
[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(shè)有活動門2，活動門2可以開啟，開啟后作為放置被測敏化太陽電池4的通道，活動門2上設(shè)有一個真空閥門3，用以將真空密封保溫箱I內(nèi)的環(huán)境抽成真空狀態(tài)，消除凝露結(jié)霜對測試產(chǎn)生的影響；真空密封保溫箱I上下兩面開有透光孔并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(jù)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射入并從第二石英玻璃19射出，保證光線垂直照射被測電池，減小光線在盒內(nèi)的反射所產(chǎn)生的誤差；真空密封保溫箱I內(nèi)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]在制冷部分，其主要包括半導(dǎo)體制冷片6，在其制熱端均勻涂抹導(dǎo)熱硅脂后置于一體化水冷散熱器水冷頭10表面并固定。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(jìn)行水冷液循環(huán)交換，散發(fā)半導(dǎo)體制冷片產(chǎn)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(dǎo)體制冷片6的一面設(shè)有測試用接線柱7和供電用接線柱9，其均設(shè)有內(nèi)置通路與外部連接，分別用以連接測試電池的設(shè)備及為半導(dǎo)體制冷片6供電的電源線。半導(dǎo)體制冷片6周圍緊密的覆有一層黑色的隔熱墊圈5，用以隔絕制冷端與制熱端的溫度傳遞。
[0024]在控溫部分主要包括恒溫控制器16，溫度傳感器8通過供電用接線柱9的內(nèi)置通路與恒溫控制器16相連接，當(dāng)達(dá)到所設(shè)定溫度時則控制電源停止對半導(dǎo)體制冷片6進(jìn)行供電，高于設(shè)定溫度時則繼續(xù)為半導(dǎo)體制冷片6供電。恒溫控制器16通過恒溫控制器電源線17進(jìn)行供電。
[0025]具體實例:
本發(fā)明主要用于敏化太陽電池等新型太陽電池的低溫環(huán)境測試。將被測的敏化太陽電池4如圖2所示一樣放置于真空密封保溫箱I內(nèi)，將敏化太陽電池4置于兩片石英玻璃(18、19)正中間并保持平行，將電池輸出兩端與測試用接線柱7連接。放置好電池后關(guān)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(nèi)抽成真空狀態(tài)。因敏化太陽電池4的有效測試面積為0.25cm2，為減小多余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。通過恒溫控制器設(shè)定所需溫度，接通電源。待真空密封保溫箱I內(nèi)溫度達(dá)到指定溫度后，將測試光線如圖3所示照射被測敏化太陽電池4。之后通過太陽電池測試設(shè)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(quán)利要求】
1.基于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的敏化太陽電池低溫恒溫測試平臺，它包括真空密封保溫箱，活動門，真空閥門，隔熱墊圈，半導(dǎo)體制冷片，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，恒溫控制器，第一石英玻璃，第二石英玻璃和遮光板；其特征在于:所述半導(dǎo)體制冷片的制冷端朝外，制熱端置于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(shè)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(nèi)置通路連接至恒溫控制器；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(dǎo)體制冷片周圍覆有一層黑色的隔熱墊圈；其半導(dǎo)體制冷片制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并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(jù)權(quán)利要求1所述的基于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的敏化太陽電池低溫恒溫測試平臺，其特征在于:所述散熱片上設(shè)有散熱片電源線，所述一體化水冷散熱器水冷頭設(shè)有一體化水冷器電源線，所述恒溫控制器上設(shè)有恒溫控制器電源線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的敏化太陽電池低溫恒溫測試平臺，其特征在于:所述測試平臺一體化水冷散熱器水冷頭上設(shè)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(jù)權(quán)利要求1所述的基于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的敏化太陽電池低溫恒溫測試平臺，其特征在于: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(jù)權(quán)利要求1所述的基于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的敏化太陽電池低溫恒溫測試平臺，其特征在于:所述測試平臺真空密封保溫箱內(nèi)壁均貼有黑色保溫材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的敏化太陽電池低溫恒溫測試平臺，其特征在于: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(yōu)先權(quán)日:2014年11月3日
【發(fā)明者】陳駿, 劉偉慶, 梁忠冠, 段軍紅 申請人:南昌航空大學(xué)