用于废热回收的优化纳米间隙热光伏器件
光学
2026-05-06 v1
摘要
纳米间隙热光伏 (TPV) 器件即使在中等温度热源下也能提供高功率密度。因此，这些器件在回收工业废热方面极具前景。迄今为止，已展示的纳米间隙 TPV 性能远未达到最优。本研究的目的是确定用于工业废热回收的纳米间隙 TPV 器件的最优设计。作为发射器和光伏 (PV) 电池之间真空间隙尺寸的函数，确定了最大功率密度、最大效率以及两者之间折中的最佳配置。通过该优化框架，还研究了在 PV 电池上添加金属覆盖层以及在 PV 电池和反射器之间引入空气间隙的影响。结果表明，最佳器件配置对真空间隙尺寸高度敏感。由于表面等离极化激元耦合，金属覆盖层在低于 125nm 的间隙下可提高功率密度，但由于其寄生吸收会显著降低效率。为了实现空气间隙的益处，需要基板提供机械支撑的超薄 PV 电池。然而，基板的存在削弱了空气间隙的益处，使其变得无效。由于 ITO 的可调等离激元频率和 InAs 的低带隙，发现 ITO 和 InAs 分别是发射器和 PV 电池的最佳材料。
引用
@article{arxiv.2605.03988,
title = {Optimized Nanogap Thermophotovoltaic Devices for Waste Heat Recovery},
author = {Mehran Habibzadeh and Sheila Edalatpour},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.03988},
year = {2026}
}