新型热管理技术或将为零排放太阳能分光谱发电技术提供新途径

可持续能源是可持续的能源供应，以满足目 前的需求，又不损害未来后代满足他们的需求的能力。促进可持续能源的技术，包括可再生能源，如水电，太阳能，风能，波浪能，地热能，潮汐能，同时也包括设计为提高能源利用效率的技术。

近期，工程热物理所采用多节电池及聚光分光谱技术，提高全光谱的利用效率。新型的热管理技术降低光伏电池温度，并为热电材料提供低于环境温度的冷端温度。该技术在低聚光比条件下可以达到高聚光比条件下传统光伏电池的发电效率，且能够24小时运行并实现夜间0.4%的等效发电效率(基于AM1.5太阳辐照度)，颇具潜力。

太阳光谱是一种不同波长的吸收光谱。分为可见光与不可见光2部分。可见光的波长为400～760nm，散射后分为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7色，集中起来则为白光。不可见光，又分为2种：位于红光之外区的叫红外线，波长大于760nm，最长达5 300nm;位于紫光之外区的叫紫外线，波长290～400nm。太阳光具有明显生物效应，植物在太阳光作用下可发生合成作用，动物皮肤在太阳光作用下维生素D发生转换作用;红外线具有巨大的热效应，紫外线有明显杀菌作用等。

太阳平日所放出来的光谱主要来自太阳表面绝对温度约六千度的黑体辐射(Black Body Radiation)光谱可见光的波长范围在770～390纳米之间，看不见的波段从770~11590纳米。波长不同的电磁波，引起人眼的颜色感觉不同。

太阳光数以万计的吸收线和发射线，是一个极为丰富的太阳信息宝藏。太阳光谱属于G2V光谱型，有效温度为5770 K。太阳电磁辐射中99.9%的能量集中在红外区、可见光区和紫外区。

太阳是能量最 强、天然稳定的自然辐射源，其中心温度为1.5*10^7K，压强约为10^16Pa。内部发生由氢转换成氦的聚核反应。太阳聚核反应释放出巨大能量，其总辐射功率为3.8*10^26W，其中被地球接收的部分约为1.7*10^17W。太阳的辐射能量用太阳常数表示，太阳常数是在平均日地距离上、在地球大气层外测得的太阳辐射照度值。从1900年有测试数据以来，其测量值几乎一直为1350W/㎡。对大气的吸收和散射进行修正后的地球表面值约为这个值的2/3。

热电材料是一种能将热能和电能相互转换的功能材料，1821年发现的塞贝克效应和1834年发现的珀耳帖效应为热电能量转换器和热电制冷的应用提供了理论依据。热电材料是一种有着广泛应用前景的材料，在环境污染和能源危机日益严重的今天，进行新型热电材料的研究具有很强的现实意义。

随着纳米科技相关研究蓬勃发展，热电材料应用的相关研究亦是欧美日各国在纳米科技中全力发展的重点之一，不论在理论方面或实验方面均有很大的研究空间，纳米材料具有比块材更大的界面，以及量子局限化效应，故纳米结构的材料具有新的物理性质，产生新的界面与现象，这对提升ZT(热电优值)值遭遇瓶颈的热电材料预期应有突破性的改善，故纳米科技被视为寻找高ZT值热电材料的希望。

提升热电材料ZT值的方法一般有两种，一为提高其功率因子(S2σ)，或降低其热传导系数(κ)。影响功率因子的物理机制包括散射参数、能态密度、载流子迁移率及费米能级等四项。前三项一般被认为是材料的本质性质，只能依靠更好更纯的样品来改进，而实验上能控制功率因子的物理量为通过改变掺杂浓度来调整费米能级以达到最大的S2σ值。固体材料热传导系数(κ)包括了晶格热传导系数(κL)及电子热传导系数(κe)，即κ=κL+κe。热电材料之热传导大部份是通过晶格来传导。晶格热传导系数(κL)正比于样品定容比热(CV)、声速及平均自由程度等三个物理量。同样，前二个物理量是材料的本质，无法改变。而平均自由程则随材料中杂质或晶界的多寡而改变，纳米结构的块材之特征在于具有纳米层级或具有部份纳米层级的微结构，当晶粒大小减小到纳米尺寸时就会产生新的界面，此界面上的局部原子排列为短程有序，有异于一般均质晶体的长程有序状态或是玻璃物质的无序状态，因此材料的性质不再仅仅由晶格上原子间的作用来决定，而必须考虑界面的贡献。