利用石墨烯-BN-InSb近场异质结构增强热光伏性能

我们设计并优化了石墨烯—六方氮化硼—InSb 近场结构,以提升工作于常见工业废热温度范围 $400~\rm K \sim 800~\rm K$ 的热光伏系统的输出功率与能量效率,该范围也是传统热电器件的工作温度范围。我们表明,对于具有石墨烯—六方氮化硼异质结构发射极与石墨烯覆盖 InSb 电池的系统,最优输出电功率可达 $3.5\times10^{4} \rm\ W/\rm m^2$,而最佳效率由具有该异质结构发射极与无覆盖 InSb 电池的系统实现(达到卡诺效率的 $27\%$)。这些结果表明近场热光伏系统的性能可与最先进热电器件相当甚至更优。热光伏性能显著增强的潜在物理机制理解为源于发射极与电池间的共振耦合,其中石墨烯中的表面等离激元与氮化硼中的表面声子极化激元起重要作用。我们的研究为未来高性能热光伏系统提供了垫脚石。