莱斯大学的研究人员发现了一种新方法来改进热光伏（TPV）系统的一个关键元素通过光把热转化为电。使用unco受量子物理学的启发，莱斯大学工程师Gururaj Naik和他的团队设计了一种热发射器，可以在实际设计参数内提供高效率。
这项研究可以为热能电力存储的发展提供信息，它有望成为一种负担得起的、电网规模的电池替代品。更广泛地说，高效的TPV技术可以促进可再生能源的增长-一种基本的化合物向零净世界的过渡。更好的TPV系统的另一个主要好处是回收工业过程中的废热，使其更具可持续性。在此背景下，高达20-50%的热量用于将原材料转化为co消费品最终被浪费，使美国经济损失惨重经济每年超过2000亿美元。
TPV系统包括两个主要组成部分nents -光伏（PV）电池将光转化为电和将热转化为光的热辐射器。这两个组合在一起为了使系统高效，电池必须工作良好，但优化它们的努力更多地集中在光伏电池上。
电气和计算机工程副教授奈克说：“使用传统的设计方法限制了热发射器的设计空间，你最终会得到两种情况之一：实用的、低性能的设备或难以在现实应用中集成的高性能发射器。”
在npj纳米光子学上发表的一项新研究中，Naik和他的前博士生Ciril Samuel Prasad -他从Rice获得了电气和计算机工程博士学位，并在橡树岭国家实验室担任博士后研究助理-展示了一种新的热辐射器，尽管已经准备好应用，但它承诺的效率超过60%。
普拉萨德是该研究的第一作者，他说：“我们基本上展示了如何在现实的、实用的设计限制下，为排放者实现最佳性能。”发射极由钨金属片、薄层间隔材料和硅纳米圆柱体网络组成。当加热时，基础层积累热辐射，这可以被认为是光子浴。位于顶部的微型谐振器彼此“交谈”，使它们能够从这个槽中“一个光子接一个光子”，控制发送到光伏电池的光的亮度和带宽。Naik解释说：“我们没有关注单谐振器系统的性能，而是考虑了这些谐振器相互作用的方式，这开辟了新的可能性。”“这使我们能够控制光子的存储和释放方式。”
这种选择性发射是通过量子物理学的见解实现的，它最大限度地提高了能量转换，并在材料特性的极限下实现了比以前更高的效率。为了提高新达到的60%的效率，需要开发或发现具有更好性能的新材料。这些成果可能使TPV成为锂离子电池等其他储能和转换技术的有竞争力的替代品，特别是在需要长期储能的情况下。Naik指出，这一创新对产生大量废热的行业（如核电站和制造设施）具有重大意义。Naik说：“我相信我们在这里展示的东西，加上一个非常高效的低带隙光伏电池，具有非常有前途的潜力。”“根据我与美国宇航局合作以及在可再生能源领域创业的经验，我认为今天非常需要能源转换技术。”该团队的技术也可以用于太空应用，比如为火星上的漫游者提供动力。Naik说：“如果我们的方法能够将这种系统的效率从2%提高到5%，那么对于在极端环境中依赖高效发电的任务来说，这将是一个巨大的进步。”这项研究得到了美国国家科学基金会（1935446）和美国陆军研究办公室的支持。
