用于能量收集的热增强光致发光：从基础原理到工程优化
光学
2020-12-23 v1 应用物理
摘要
由普朗克定律描述的热辐射出射度仅取决于物体的发射率和温度，并在任意发射波长下随温度升高而单调增加。非热辐射，如光致发光，是一种基本的光与物质相互作用，通常包含高能光子的吸收、热化以及红移光子的发射。这种量子过程由速率守恒支配，并取决于量子效率。过去，速率守恒在显著热激发中的作用尚未被研究。最近，我们提出了理论并给出实验演示，表明与热发射相反，当温度升高而每个光子发生蓝移时，PL 速率是守恒的。温度的进一步升高导致向热发射的突变，此时光子速率急剧增加。我们还演示了这种热增强 PL（TEPL）如何在相似温度下产生比热发射多几个数量级的能量光子。这些发现表明，TEPL 是一种理想的光学热泵，可在光伏中收集热损失，其最大理论效率为 70%，实际概念有望达到 45% 效率。在此，我们将 TEPL 概念推进到工程层面，并提出 Cr:Nd:YAG 作为器件级 PL 材料，吸收波长高达 1 微米的太阳辐射，并由高能光子的热化加热。其蓝移发射可匹配 GaAs 电池，为吸收功率的 20%。基于详细平衡模拟，这种材料与适当的光子管理耦合可达到 34% 的功率转换效率。这些结果增强了对 TEPL 成为光伏中颠覆性技术潜力的信心。
引用
@article{arxiv.2012.11719,
title = {Thermally enhanced photoluminescence for energy harvesting: from fundamentals to engineering optimization},
author = {N Kruger and M Kurtulik and N Revivo and A Manor and T Sabapathy and C Rotschild},
journal= {arXiv preprint arXiv:2012.11719},
year = {2020}
}