热光伏系统选择辐射器材料的制备与辐射特性研究

摘要

热光伏发电系统（Thermophotovoltaic Energy Conversion System），简称TPV系统，具有高效、清洁、无噪声等优点，选择性辐射器作为TPV系统的重要组成部件，其性能直接影响系统的效率和使用寿命。本文的研究目的是制备高性能的辐射器材料，使辐射器的光谱发射性能与GaSb光电池的响应波段尽量匹配，以实现系统效率的最大化。
　　论文采用在氧化镁中掺杂一定比例的过渡金属镍/钴，并通过模压成型工艺制成陶瓷薄片，制备出具有高性能的选择性辐射器材料。采用SEM电镜观察其微观形貌，并利用红外光谱测试装置，对其在不同温度下的光谱辐射特性进行测量。本文主要研究内容如下:
　　(1)本章以四氧化三钴粉末(Co3O4)/氧化镍(NiO)作为掺杂粒子，氧化镁粉末(MgO)作为基体材料，制备出氧化镁掺杂Co/Ni选择性辐射器材料。通过使用不同的分散剂，并改变分散剂和粘结剂的用量，以制得分散均匀的模塑料。采用模压成型工艺，研究成型压力对样品机械性能的影响，并制定出合理的烧结制度，以获得高致密度高强度的陶瓷样品。结果表明，采用三油酸甘油酯作分散剂且用量为2.1wt.％，粘结剂用量为3.2wt.％，模压成型压力为130kN，且烧结温度为1500℃时，能获得高性能陶瓷样品。
　　(2)当氧化镁中掺杂了质量份额为2-4wt.％的氧化镍时，所得的选择性辐射器的辐射能量分布得到很好的优化控制:光谱辐射主要集中在光电池的红外响应效率比较高的波段范围内，同时，在不可转换的波段(＞1.9μm)范围内几乎不发射能量。随着氧化镍掺杂份额的增加，辐射器在1-1.9μm波段范围内的峰值发射率增大;光谱发射率在1-1.9μm波段范围内随着温度的升高而升高。
　　(3)当氧化镁中掺杂了一定质量份额的四氧化三钴时，所得的选择性辐射器在1-2μm的波段范围内发射出更多的辐射能，具有较高的光谱发射率，在波长为1.45μm处附近，其发射率达到最大值，随着四氧化三钴掺杂份额的增加，辐射器在1-1.9μm波段范围内的峰值发射率增大;光谱发射率在1-1.9μm波段范围内随着温度的升高而升高。当掺杂物Co的浓度约为1-2mol％时辐射器的光谱辐射特性是最佳的。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 本论文的研究意义和研究内容

1．3．1 研究意义

1．3．2 研究内容

2 MgO掺杂Co／Ni选择性辐射器材料的制备

2．1 实验部分

2．1．1 实验材料

2．1．2 主要实验设备

2．2 实验过程

2．3 性能测试

2．4 结果与讨论

2．4．1 各添加剂对浆料粘度及稳定性的影响

2．4．2 MgO／Co3O4／NiO陶瓷浆料的优化配方

2．4．3 球磨时间对MgO／Co3O4／NiO浆料粘度的影响

2．4．4 模压成型压力对素坯及烧结体的影响

2．4．5 MgO／Co3O4／NiO陶瓷烧结制度的确定

2．5 本章小结

3 MgO掺杂Ni选择性辐射器材料的性能测试与研究

3．1 实验测量设备

3．2 实验测量步骤

3．3 性能测试

3．4 结果与讨论

3．4．1 宏观及微观表面特性

3．4．2 红外光谱辐射特性研究与分析

3．5 本章小结

4 MgO掺杂Co选择性辐射器材料的性能测试与研究

4．1 实验测量设备

4．2 实验测量步骤

4．3 性能测试

4．4 结果与讨论

4．4．1 宏观及微观表面特性

4．4．2 红外光谱辐射特性研究与分析

4．5 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献