摘要：研究人员发现了一种改善热伏硫托系统的关键要素的新方法，该系统通过光转化为电力。工程师设计了一个热发射器，可以在实用的设计参数中提供高效率。...

赖斯大学的研究人员找到了一种新的方法来改善热伏洛耐（TPV）系统的关键要素，该系统通过光转化为电力。赖斯工程师Gururaj Naik及其团队使用了受量子物理学启发的非常规方法，设计了一个热发射器，可以在实用的设计参数中提供高效率。

这项研究可以为热能电气存储的开发提供信息，这有望成为电池的负担得起的，网格尺度的替代品。更广泛，有效的TPV技术可以促进可再生能源的增长，这是向零净世界过渡的重要组成部分。更好的TPV系统的另一个主要好处是从工业流程中收回废热，使其更具可持续性。为了将其在背景下，用于将原材料转化为消费品的热量中有20％至50％最终浪费了，每年使美国经济损失超过2000亿美元。

TPV系统涉及两个主要组件 - 光伏（PV）细胞，这些细胞将光转换为电能，并将热量转化为光线。这两个组件都必须很好地工作，以使系统提高效率，但是优化它们的努力已更多地集中在PV单元上。

电气和计算机工程副教授Naik表示：“使用传统的设计方法限制了热发射器的设计空间，而您最终使用的是两种情况之一：实用，低性能设备或很难在现实世界应用中集成的高性能发射器。”

Naik和他的前博士学位发表在NPJ纳米光学学上的一项新研究中。从那以后，学生Ciril Samuel Prasad从Rice获得了电气和计算机工程博士学位，并在Oak Ridge National Laboratory担任博士后研究助理，他展示了一种新的热量发射器，承诺尽管已准备就绪，但效率超过60％。

这项研究的第一作者普拉说：“我们从本质上展示了如何在现实，实用的设计限制下实现发射极的最佳性能。”

发射极由钨金属板，隔离材料的薄层和硅纳米夹网络组成。加热时，基层会积聚热辐射，可以将其视为光子浴。坐在顶部“谈话”上的微小谐振器以一种使他们可以从这个浴缸中“插入光子”的方式，从而控制了发送到PV单元的光的亮度和带宽。

Naik解释说：“与其专注于单谐照器系统的性能，而是考虑了这些谐振器交互的方式，从而打开了新的可能性。” “这使我们控制了光子如何存储和释放。”

通过量子物理学的见解实现的选择性发射，可最大化能量转换，并允许在材料特性的极限下运行的效率比以前更高。为了提高新实现的60％效率，需要开发或发现具有更好特性的新材料。

这些收益可能使TPV成为其他能源存储和转换技术（例如锂离子电池）的竞争替代品，尤其是在需要长期储能的情况下。 Naik指出，这项创新对产生大量废热（例如核电站和制造设施）的行业具有重要意义。

奈克说：“我有信心，我们在这里展示的东西，再加上非常有效的低带隙PV单元，具有非常有希望的潜力。” “基于我自己与美国国家航空航天局（NASA）合作并在可再生能源领域创立初创公司的经验，我认为今天的能源转换技术非常需要。”

该团队的技术也可以用于太空应用中，例如火星上的流浪者。

Naik说：“如果我们的方法在此类系统中可以将效率从2％提高到5％，那将代表依赖于极端环境中有效发电的任务的重大提升。”

该研究得到了国家科学基金会（1935446）和美国陆军研究办公室的支持。