前沿 2019-07-17 00:07

美国莱斯大学开发可将热能转化为光能的器件

鹿鸣 摘自 美国莱斯大学网站

【据美国莱斯大学网站2019年7月12日报道】莱斯大学的科学家正在设计单壁碳纳米管阵列,以改善中红外辐射,并大大提高太阳能系统的效率。莱斯大学的一项模拟显示空腔被图案化成对齐的碳纳米管薄膜。经过优化后,薄膜吸收热光子并以窄带宽发光,可以作为电力再循环。

莱斯大学布朗工程学院的Gururaj Naik和Junichiro Kono在ACS光子学》期刊中介绍了他们的技术。

他们的发明是一种双曲热发射器,它可以吸收原本会被排放到大气中的高热,将其压缩到一个狭窄的带宽中,并以光的形式发射出来,然后将其转化为电能。这一发现基于Kono团队2016年的另一项发现,当时他们发现了一种简单的方法,可以制造由紧密堆积的纳米管组成的高度对齐的晶圆级薄膜。

整齐排列的纳米管薄膜是吸收废热并将其转变为窄带光子的导管。因为纳米管中的电子只能在一个方向上行进,所以整齐排列的薄膜在该方向上是金属的,而在垂直方向上是绝缘的,Naik称为双曲线色散。热光子可以从任何方向撞击薄膜,但只能通过一个方向离开。

Naik说:“我们不是从热能直接转向电力,而是从热到光,再到电。” “似乎两个过程比三个过程效率更高,但在该研究中,事实并非如此。Naik表示,标准太阳能电池中添加这种发射管,可以将效率从目前峰值提高22%左右。 “通过将所有浪费的热能压缩到一个小的光谱区域,我们可以非常有效地将其转化为电能,”他说。 “理论预测是我们可以获得80%的效率。”

纳米管薄膜适合这项任务,因为它们可以承受高达17003092华氏度)的温度。Naik的团队构建了概念验证器件,使其能够在高达7001,292 F)的温度下运行并确认其窄带输出。为了制造它们,该团队将亚微米级腔体阵列图案化为芯片尺寸的薄膜。“有一系列这样的谐振器,每个都在狭窄的光谱窗口内发射热光子,”Naik说。 “我们的目标是使用光伏电池收集它们并将其转化为能量,并表明我们可以高效率地完成这项工作。”

美国能源部基础能源科学项目、国家科学基金会和罗伯特·a·韦尔奇基金会资助了这项研究。

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