辐射冷却

摘要\n由于日照和自热造成的温度升高，会对太阳能电池的性能和可靠性造成不利影响。在本工作中，我们用理论计算来鉴定化学性质稳定、价格低廉的聚二甲基硅氧烷( PDMS )可以作为冷却柔性薄膜太阳能电池的高效热辐射源。研究表明，在4 ~ 26 µ m的整个红外区，200 µ m厚的平面PDMS层能够实现0.9以上的高发射率。在8 ~ 13 µ m范围内，通过在表面引入金字塔结构，可进一步将发射率提高到近乎一致，环境辐射可忽略不计。根据计算的辐射冷却速率和实际的功率转换效率，我们发现金字塔结构的PDMS层可以显著降低有机、钙钛矿和微晶( µc ) -Si柔性太阳电池的温度，分别降低11℃、12℃和16℃。这项工作可能对高性能、可靠的柔性太阳电池的设计提供重要的指导。

摘要\n撒哈拉银蚂蚁由于独特的三角形形状的毛发，通过躺在大气层中的透明窗口，增强了太阳反射和热发射，使其体温维持在环境空气以下。将这种热调节棱镜结构应用于聚二甲基硅氧烷( PDMS )，在8 - 13μm光谱范围内具有很高的吸光度，我们提出了一种基于几何改性聚合物的日间被动辐射冷却器。利用时域有限差分法( FDTD )模拟得到的优化棱镜结构制作了选择性热辐射器。梯度折射率效应使8 ~ 13μm光谱范围内的平均发射率提高到0.98，而可见光和近红外光谱范围内的平均太阳反射率测得为0.95。据估计，净辐射冷却功率达到144 W / m2，超过以前报告的辐射冷却器的记录。最后，在香港湿热气候条件下，通过现场试验，成功地证明了在白天遮阳的高峰期，在非真空条件下，当净冷量为19.7 W / m2时，其冷却温度低于环境温度6.2℃。这是热带地区观测到的日间被动辐射降温最大的降温。我们的工作提供了一种增强被动式热辐射的替代方法，有可能促进其在环保型空间冷却领域的广泛应用。

辐射冷却( RC )由于是通过大气窗口向外层空间辐射热量的地面物体，同时保持零能耗，近年来受到越来越多的关注。它只在大气窗口( 8 ~ 13  μm )发射或吸收辐射，并在此波段外抑制。本文介绍了一种由氧化锆( ZrO2 )嵌入聚二甲基硅氧烷( PDMS )杂化ZrO2 / PDMS涂层组成的辐射冷却涂层。利用Mie散射理论结合蒙特卡罗射线追踪方法，评估了颗粒尺寸、体积分数和薄膜厚度对辐射冷却的影响。ZrO2 / PDMS涂层在895   W / m2的太阳光强度下具有10.9  ℃的表面温度降，远优于市售白漆( 4.4  ℃)，由于其在环境温度以上高效且易于制造，有望在节能建筑中大规模应用辐射冷却技术。

辐射制冷作为一种新型的制冷技术，可以在不消耗能量的情况下降低物体的温度，具有广阔的发展前景。但由于表面长期暴露于室外环境，表面沉积的颗粒影响辐射冷却性能。本研究提出了一种具有自清洁功能的辐射冷却多层膜。采用不同粒径和比例的聚二甲基硅氧烷( PDMS )和SiO2粒子的混合物，设计制造了顶面，实现了自清洁特性。底面由PDMS和Al膜组成。进一步，本研究采用传输矩阵法优化了底层PDMS和Al膜的结合和厚度，采用FDTD法对SiO2的粒径、体积分数和涂层厚度进行了优化。最后，将底层PDMS层厚度优化为40   μ m，SiO2粒径分别为0.04   μ m和0.1   μ m，涂层厚度为40   μ m，在此基础上进行了理论净冷却功率计算和实验测试。计算结果表明，在美国标准大气模式条件下，净冷量可达59.04   W / m2，两种不同大气模式条件下的净冷量差值为24.36   W / m2。实验结果还表明，白天可使物体最高温度降低2.1  ℃，夜间可降低3.44  ℃，最大表面接触角可达164.45°，除实现辐射冷却外，研制的薄膜具有最优的自清洁性能，可有效降低运行维护成本。此外，制备工艺简单，价格低廉，显示出很高的实际应用潜力。

辐射冷却是一种无能耗的被动冷却方式，为现有的冷却策略提供了可持续的替代方案。多孔聚合物中的微结构通过选择性反射和发射使辐射冷却效率进一步优化。虽然已经报告了许多制造策略，但仍然迫切需要一种简单、低成本和可设计微结构的可扩展方法。在此，我们报告了一种低成本的环境友好模板方法，以可扩展生产孔隙率控制的高辐射冷却效率海绵发射器。我们通过用NaCl模板制备多孔聚二甲基硅氧烷海绵发射器( P- PDMS )来论证其可行性。通过调节模板与PDMS的质量比，实现了简单的孔隙率控制，得到的海绵状多孔结构使PDMS具有更高的亚环境冷却能力，增强了发射率和太阳反射率。此外，热空气与物体之间的传热被微孔有效抑制。理论和实验结果表明，PDMS海绵在8 ~ 13   μ m范围内具有95 %的太阳光谱反射率和96.5 %的平均发射率，实现了8.0   ° C的良好亚环境温降。

辐射冷却是太阳能电池耗散馀热的一种无电方法，近年来受到了广泛关注。本文提出了一种周期性金字塔结构的聚二甲基硅氧烷( PDMS )薄膜用于封装商业硅太阳能电池的辐射冷却。光谱测试表明，该金字塔结构PDMS薄膜呈黑体发射，在0.3   µ m到1.1   µ m的硅吸收光谱中平均透过率\u003e 0.9。室外冷却实验表明，所制备的PDMS薄膜封装的商用硅太阳能电池可冷却2   ° C以上。由于PDMS薄膜具有良好的光学性能和柔性，在光伏领域具有巨大的应用潜力。

辐射冷却是太阳能电池耗散馀热的一种无电方法，近年来受到了广泛关注。本文提出了一种周期性金字塔结构的聚二甲基硅氧烷( PDMS )薄膜用于封装商业硅太阳能电池的辐射冷却。光谱测试表明，该金字塔结构PDMS薄膜呈黑体发射，在0.3   µ m到1.1   µ m的硅吸收光谱中平均透过率\u003e 0.9。室外冷却实验表明，所制备的PDMS薄膜封装的商用硅太阳能电池可冷却2   ° C以上。由于PDMS薄膜具有良好的光学性能和柔性，在光伏领域具有巨大的应用潜力。