空気橋の熱光電池におけるほぼ完璧な光子の利用

Dejiu Fan¹, Tobias Burger², Sean McSherry²

¹Department of Electrical Engineering and Computer Science, University of Michigan, Ann Arbor, MI, USA.

Nature

|September 22, 2020

まとめ

研究者らは,低エネルギー光子を反射する空気ブリッジを使用して新しい熱光電池を開発し,寄生虫の吸収を大幅に減少させました. エネルギー変換の効率を30%以上向上させエネルギー変換のための新しい熱源を可能にします

科学分野:

材料科学
エネルギー変換
光電子機器

背景:

熱光電池 (TPV) は,熱放射線を電気に変換し,エネルギー貯蔵と廃棄熱の回収に応用されます.
高効率には幅広い熱スペクトルを使用する必要がありますが,低エネルギーフォトンは非効率的な刺激により困難です.
現在の光子回復方法は,帯域幅と寄生体の吸収が限られ,TPVの効率を阻害しています.

研究の目的:

フォトンの回復を向上させることで,現在の熱光電池の限界を克服する.
低エネルギー光子の TPV 細胞でほぼ完璧な反射のための新しい方法を実証する.
より高い電力変換効率を達成し,TPVアプリケーションの潜在的な熱源を拡張します.

主な方法:

薄膜インジウムガリウムアーセニド (InGaAs) 細胞内に空気ブリッジを埋め込み,光子結晶を作成します.
低エネルギーフォトンの完璧な反射を実現し寄生体の吸収を最小限にします
シリコンカービッドエミッターを使用して約1,455ケルビンで電力変換効率を測定する.

主要な成果:

低エネルギーフォトンのほぼ完璧な反射寄生体の吸収を4倍に
絶対的な効率が6%を超えた.
1,455Kのエミッターで30%以上の電力変換効率を達成しました.

結論:

エアブリッジアプローチは,熱光電池の光子回復を効果的に強化します.
開発されたTPV電池は高効率で,電池の帯域隙とエミッター温度に対する感度が低下しています.
この進歩は,熱光伏エネルギー変換のためにより幅広い材料と熱源の利用の可能性を開きます.

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