综述：MXene在热电和电磁干扰屏蔽中的多功能性能分析：挑战与未来展望

这篇综述深入探讨了MXene材料在热电转换（TEG）和电磁干扰屏蔽（EMI）领域的多功能应用，重点分析了其通过塞贝克效应（Seebeck effect）和佩尔捷效应（Peltier effect）提升光伏（PV）系统效率的机制，并展望了材料设计、热管理及规模化应用的挑战与前景。

　　

引言

可再生能源（RES）在全球碳中和目标中扮演关键角色，其中太阳能因资源丰富备受关注。光伏（PV）技术虽成熟，但其效率受温度升高显著影响，导致功率下降。研究表明，PV系统约80%的能量以废热形式耗散，而热电发电机（TEG）和热电冷却器（TEC）可通过塞贝克效应和佩尔捷效应实现废热利用与温度调控，从而提升整体效率。

模型设计与理论分析

PV模型
PV模块的输出电流由光生电流与二极管电流之差决定，其数学表达基于肖克利二极管方程（Shockley equation）。温度升高会降低开路电压（V_oc），而辐照度增加则提升光电流（I_ph）。PV效率（η_PV）与温度的关系可表述为：η_PV = η_{PV_ref}[1-β(T_PV-T_ref)]，其中β为温度系数。

TEG机制
TEG通过塞贝克效应将温差（ΔT）转化为电压，其性能由无量纲优值（zT=α²σT/K）衡量，其中α为塞贝克系数，σ为电导率，K为热导率。传统平板TEG效率约5%，而分段式（8-12%）和级联式（15%）设计可提升性能。在PV-TEG混合系统中，TEG模块置于PV背面，利用废热发电，总功率E_Total = E_PV + E_TEG。

TEC应用
TEC通过佩尔捷效应主动冷却PV模块，其冷却功率（Q_c）与电流（I）的关系为：Q_c = αIT_c - 0.5I²R - λΔT。优化电流I_opt = αT_C/R可平衡冷却与焦耳热效应。

仿真与实验结果

MATLAB模拟显示，PV-TEG系统在65°C时功率提升至19.52W（效率5.4%），而PV-TEC系统功率提升13.4W（效率3.7%）。PV-TEG的功率和效率优势源于更高的温差利用率。

挑战与未来方向

材料创新（如高zT值MXene）、系统集成设计及成本控制是核心挑战。未来需开发非毒性材料、优化储能技术（如超级电容器），并解决规模化生产的稳定性问题。

结论

PV-TEG系统在效率（17.94%）和功率输出（63.44W）上显著优于PV-TEC，凸显了热电材料在可再生能源领域的潜力。跨学科合作将推动该技术向高效、可持续方向发展。