优化近场串联热光伏系统的综合分析
应用物理
2021-12-30 v1 光学
摘要
众所周知，由于倏逝波的光子隧穿效应，当热发射体与热光伏(TPV)电池之间的真空间隙缩小至纳米尺度时，TPV器件的性能可得到提升。具有多个带隙的多结TPV电池因能在各子电池中选择性吸收光谱辐射而作为一种改进性能的替代方案受到关注。本工作中，我们全面分析了由覆薄层ITO的钨发射体(1500 K)与GaInAsSb/InAs单片互连串联TPV电池(300 K)构成的优化近场串联TPV系统。我们通过耦合由涨落电动力学求解的近场辐射与基于扩散-复合的电荷输运方程，建立了仿真模型。通过遗传算法获得的近场串联TPV系统最优构型在100 nm真空间隙下实现了8.41 W/cm的电功率输出与35.6\%的转换效率。我们表明两种共振模式（即ITO-真空界面支持的表面等离极化激元与串联TPV电池中的受限波导模式）极大促进了优化系统性能的增强。我们还通过损耗分析表明，近场串联TPV系统在功率输出与转换效率上均优于基于单电池的近场TPV系统。有趣的是，以转换效率为目标函数的优化无论真空间隙距离如何均导致串联TPV电池的电流匹配条件。
引用
@article{arxiv.2106.09465,
title = {Comprehensive analysis of optimized near-field tandem thermophotovoltaic system},
author = {Jaeman Song and Minwoo Choi and Mikyung Lim and Jungchul Lee and Bong Jae Lee},
journal= {arXiv preprint arXiv:2106.09465},
year = {2021}
}
备注
7 figures