基于石墨烯收集极设计的聚光高效热离子太阳能电池
应用物理
2021-02-08 v1 介观与纳米尺度物理
材料科学
摘要
我们提出一种聚光热离子发射太阳能电池设计，通过利用石墨烯作为收集电极的优异电学、热学和辐射特性，在 600 倍太阳辐照下实现了大于 10% 的太阳能到电能的高能量转换效率。通过构建一个明确考虑石墨烯热离子发射电流的非 Richardson 行为、真空间隙中的空间电荷效应以及各子组件内各种不可逆能量损失的解析模型，我们对所提系统的转换效率极限和电功率输出特性进行了详细表征。我们系统建模并比较了石墨烯-石墨烯、石墨烯-金刚石和金刚石-金刚石热离子发射极多种配置的能源转换效率，表明利用金刚石薄膜作为发射极、石墨烯作为收集极可提供最高的最大效率，从而揭示了石墨烯在实现高性能热离子发射太阳能电池中的重要作用。我们揭示了在 800 倍太阳辐照下 12.8% 的最大效率，其显著高于若干现有固态太阳能电池设计，如太阳能驱动的热电和热光伏转换器。因此，我们的工作为推进热离子太阳能转换的效率极限以及基于下一代新型纳米材料的太阳能收集技术的发展开辟了新途径。
引用
@article{arxiv.2102.03294,
title = {Designing a Concentrated High-Efficiency Thermionic Solar Cell Enabled by Graphene Collector},
author = {Xin Zhang and Xiaohang Chen and Jinchan Chen and Lay Kee Ang and Yee Sin Ang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2102.03294},
year = {2021}
}
备注
12 pages, 7 figures, 1 table