Eficiencia térmica fotovoltaica de 40

Área de la Ciencia:

• Conversión y almacenamiento de energía
• Ciencias de los materiales
• Las instalaciones fotovoltaicas

Sus antecedentes:

• Los termofotovoltaicos (TPV) convierten la luz infrarroja en electricidad utilizando el efecto fotovoltaico, ofreciendo potencial para el almacenamiento y la conversión de energía a alta temperatura.
• A pesar de las eficiencias teóricas superiores al 50%, las eficiencias TPV demostradas se han limitado al 32% a temperaturas inferiores a 1.300 °C.
• Los TPV anteriores alcanzaron una eficiencia del 29% a 2.000 °C utilizando reflectores de superficie trasera integrados y emisores de tungsteno.

Objetivo del estudio:

• Fabricar y medir la eficiencia de las celdas TPV en tándem de alto intervalo de banda optimizadas para el funcionamiento a altas temperaturas (1,900-2,400 °C).
• Demostrar que las células TPV tienen una eficiencia superior al 40% y evaluar su potencial para aplicaciones de almacenamiento de energía térmica en la red.

Principales métodos:

• Fabricación de células TPV de dos uniones utilizando materiales III-V con espacios de banda entre 1,0 y 1,4 eV.
• Optimización de las celdas para altas temperaturas del emisor (1,900-2,400 °C) utilizando el filtrado espectral de borde de banda.
• Implementación de reflectores de superficie trasera altamente reflectantes para rechazar la radiación subbandgap hacia el emisor.

Principales resultados:

• Un dispositivo TPV de 1,4/1,2 eV logró una eficiencia máxima del 41,1% a 2,400 °C y una densidad de potencia de 2,39 W/cm2.
• Un dispositivo TPV de 1,2/1,0 eV alcanzó una eficiencia máxima del 39,3% a 2,127°C y una densidad de potencia de 1,8 W/cm2.
• Demostración experimental de la alta eficiencia en las celdas TPV en tándem de alta brecha de banda.

Conclusiones:

• Las células TPV en tándem desarrolladas con gran brecha de banda demuestran eficiencias superiores al 40%, avanzando significativamente en el campo.
• Estas células TPV son adecuadas para su integración en los sistemas de almacenamiento de energía térmica de la red, lo que permite el envío de energía renovable.
• Esta investigación proporciona una vía para lograr una alta eficiencia y un bajo costo en el almacenamiento de energía térmica, crucial para la descarbonización de la red eléctrica.