理想近场热光伏电池

我们探讨了这样一个问题：理想的近场热光伏电池具有哪些特征？我们的研究促使我们将近场辐射热传递重新表述为热光伏系统中发射器 - 吸收器对的电子态联合密度形式。这种形式揭示出，具有窄带吸收光谱的半导体材料对于能量转换效率至关重要。这一基本特征在传统体半导体电池中无法获得，但可以通过低维材料实现。我们的结果表明，热光伏电池的发射器和吸收器中由量子限域效应产生的匹配范霍夫奇点（van Hove singularities）提高了辐射热传递的幅值和光谱选择性，从而显著改善了能量转换效率。我们利用碳纳米管中存在的范霍夫奇点，提供了一种基于此思想的近场热光伏系统模型设计。Shockley-Queisser 分析表明，该模型器件预测的热传递特性在根本上优于现有的热光伏设计。我们的工作为将量子点、量子阱、二维半导体、半导体纳米线和碳纳米管用作未来热光伏电池材料铺平了道路。