Biến nhiệt năng thành điện năng

Các vật thể nóng bức xạ ánh sáng dưới dạng photon vào môi trường xung quanh chúng. Các photon phát ra có thể được một tế bào quang điện thu nhận và chuyển đổi thành năng lượng điện hữu ích. Cách tiếp cận để chuyển đổi năng lượng này được gọi là nhiệt điện trường xa, hoặc FF-TPV, và đã được phát triển trong nhiều năm. Tuy nhiên, nó có mật độ năng lượng thấp và do đó yêu cầu nhiệt độ hoạt động của bộ phát cao.

Nghiên cứu được thực hiện tại Đại học Michigan và được công bố trên tạp chí Nature Communications, chứng minh một cách tiếp cận mới, trong đó sự tách biệt giữa bộ phát và tế bào quang điện được giảm xuống mức quy mô nano, cho phép sản lượng điện lớn hơn nhiều so với những gì có thể với FF-TPV cho cùng nhiệt độ phát.

Cách tiếp cận này, cho phép thu năng lượng bị giữ lại trong trường gần của bộ phát, được gọi là nhiệt điện trường gần hoặc NF-TPV và sử dụng các tế bào quang điện, được chế tạo tùy chỉnh và thiết kế bộ phát lý tưởng cho các điều kiện hoạt động gần trường.

Tiến sĩ Mike Waits tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Quân đội của Bộ Chỉ huy Phát triển Khả năng Chiến đấu của Quân đội Hoa Kỳ cho biết: "Nếu thành công, trong tương lai TPV gần trường có thể đóng vai trò là nguồn năng lượng nhỏ gọn hơn và hiệu suất cao hơn cho Binh lính vì các thiết bị này có thể hoạt động ở nhiệt độ hoạt động thấp hơn TPV thông thường."

Tiến sĩ Stephen Forrest, giáo sư kỹ thuật điện và máy tính, Đại học Michigan, cho biết: “Cơ chế này họat động bằng cách chế tạo các tế bào TPV màng mỏng với bề mặt siêu phẳng và có phản xạ mặt sau bằng kim loại. "Các photon phía trên vùng cấm của tế bào được hấp thụ hiệu quả trong chất bán dẫn dày micromet, trong khi các photon bên dưới vùng cấm được phản xạ trở lại bộ phát silicon và được tái chế."

Nhóm nghiên cứu đã nuôi cấy tế bào quang điện indium gallium arsenide màng mỏng trên chất nền bán dẫn dày, sau đó bóc tách vùng hoạt động bán dẫn rất mỏng của tế bào và chuyển nó sang chất nền silicon.

Tiến sĩ Pramod Reddy, giáo sư kỹ thuật cơ khí, Đại học Michigan cho biết: “Nhóm nghiên cứu đã đạt được sản lượng điện kỷ lục ~ 5 kW/m2, lớn hơn một bậc so với các hệ thống được báo cáo trong tài liệu."