Utilización casi perfecta de fotones en una célula termofotovoltaica de puente de aire

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Conversión de energía
• Optoelectrónica y sus derivados

Sus antecedentes:

• Las células termofotovoltaicas (TPV) convierten la radiación de calor en electricidad, con aplicaciones en el almacenamiento de energía y la recuperación de calor residual.
• La alta eficiencia requiere la utilización de amplios espectros térmicos, pero los fotones de baja energía plantean un desafío debido a la excitación ineficiente.
• Los métodos actuales de recuperación de fotones sufren de ancho de banda limitado y absorción parasitaria, lo que dificulta la eficiencia del TPV.

Objetivo del estudio:

• Superar las limitaciones de las células termofotovoltaicas actuales mediante la mejora de la recuperación de fotones.
• Demostrar un nuevo método para la reflexión casi perfecta de fotones de baja energía en células TPV.
• Lograr mayores eficiencias de conversión de energía y ampliar las fuentes potenciales de calor para aplicaciones de TPV.

Principales métodos:

• Incorporación de un puente de aire dentro de una película delgada de arseniuro de indio y galio (InGaAs) para crear un cristal fotónico.
• Lograr una reflexión casi perfecta de fotones de baja energía, minimizando la absorción parasitaria.
• Medición de la eficiencia de la conversión de energía utilizando un emisor de carburo de silicio a aproximadamente 1,455 Kelvin.

Principales resultados:

• Se ha demostrado una reflexión casi perfecta de fotones de baja energía, una reducción de cuatro veces en la absorción parasitaria.
• Logró una ganancia significativa en la eficiencia absoluta superior al 6%.
• Alcanzó una eficiencia de conversión de potencia de más del 30% con un emisor de 1,455 K.

Conclusiones:

• El enfoque de puente de aire mejora efectivamente la recuperación de fotones en las células termofotovoltaicas.
• La célula TPV desarrollada muestra una alta eficiencia y una sensibilidad reducida a la brecha de banda de la célula y a la temperatura del emisor.
• Este avance abre posibilidades para la utilización de una gama más amplia de materiales y fuentes de calor para la conversión de energía termo fotovoltaica.