考虑聚光太阳能吸收分布的光子增强热离子发电综合能量平衡分析

本文报道了将光子增强热离子发射（PETE）器件用于聚光太阳能（CSP）发电时的综合能量平衡分析。为此，我们考虑一个实际的 PETE 器件，其由玻璃上的硼掺杂硅发射极与钨上的磷掺杂金刚石收集极通过电极间真空隙分隔构成。严格计算了深度依赖的谱太阳能吸收及其光伏与光热能量转换过程，以预测 PETE 功率输出与能量转换效率。我们的计算预测，在优化条件下，所考虑 PETE 器件在 100$\times$ 太阳聚光下功率输出可达 1.6 W/cm$^2$，能量转换效率约 18%，显著低于先前理想条件下工作的预测值。此外，光子增强比低于 10 并随太阳聚光增加而下降，原因在于发射极的光热加热，这表明 PETE 可能是低于约 100$\times$ 聚光的低至中等 CSP 的合适能量转换过程。这些观察结果表明了基于谱与空间太阳能吸收分布进行严格能量平衡分析对于准确预测 PETE 发电的重要性。