効率30％、反射率99％のエアブリッジ熱光電池米国の科学者は、オンデマンドで電力を供給...

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効率30％、反射率99％のエアブリッジ熱光電池 米国の科学者は、オンデマンドで電力を供給するために安価な蓄熱と組み合わせることができる熱起電力セルを開発しました。インジウムガリウムヒ素（InGaAs）TPVセルは、帯域内放射のほとんどを吸収して電気を生成し、ほぼ完全なミラーとして機能します。 この熱光電池は、金のバッキングと半導体の間にエアギャップ（濃い灰色）があります。 画像：Dejiu Fan、UM Optoelectronic Components and Materials Group ミシガン大学の研究者は、安価な蓄熱と組み合わせてオンデマンドで電力を供給することができる熱光起電力（TPV）セルを実証しました。 「蓄熱は、再生可能電力または高温の太陽熱を使用して充電できます」と研究者のアンドレジュレナートは、PV マガジンに語った。「このように、セルはユーティリティとグリッドスケールのエネルギー貯蔵開発者にとって興味深いものです。」 セルはまた、無人航空機や深宇宙探査機への電力供給、廃熱流からの電気の清掃、分散型の熱と電気の供給など、他のさまざまな用途にも使用できると語った。彼と彼の同僚は、最近ネイチャーに発表された「エアブリッジ熱光起電力電池におけるほぼ完全な光子利用」で彼らの発見を発表しました。 彼らは、セルをインバンドガリウムヒ素（InGaAs）TPVセルとして説明します。これは、帯域内放射のほとんどを吸収して電気を生成することができます。ほぼ99％の反射率で、ほぼ完璧なミラーとしても機能します。 「この高い反射率により、1,455ケルビンの炭化ケイ素（SiC）エミッターを使用してTPV電力変換効率が30％を超えることができます」と科学者たちは述べています。 この太陽電池は熱放射を電気に変換します。通常、このようなセルの反射率は約95％で、効率は20％よりわずかに高くなっています。TPVデバイスで使用されるほとんどの熱エミッターの動作温度は、一般に1,000 Kから2,500 Kの範囲であり、それがデバイス開発の主な障壁です。多くの帯域外（OOB）フォトンは、半導体バンドギャップを下回るエネルギーを運び、発電には使用できません。 ただし、低エネルギーの光子は「再利用」でき、スペクトル制御を使用してエミッターに戻すことができます。これにより、変換されなかったエネルギーを回復できます。エアブリッジは、誘電体スペーサーを背面金属ミラーに置き換えて、薄膜セル内からの空気でセル内に作成されます。したがって、誘電体材料の寄生吸収が排除され、各界面での屈折率の不一致が最大化されると研究者たちは主張している。 科学者達は、空腔がOOB損失を従来のTPVセルアーキテクチャと比較して4倍以上削減すると主張しました。多くの入射光子は、デバイスのアクティブ層を透過するときにTPVと空気のインターフェースのみに遭遇します。 「空気層の厚さは、より低いエネルギーの光子を反映するために、数ナノメートル以内で非常に正確でなければなりませんでした」と科学者たちは言いました。「半導体膜の厚さはわずか1.5マイクロメートル（.0015ミリメートル）ですが、幅8マイクロメートルの金のビームの間に70マイクロメートルを超える空気が必要でした。」 ミラーを作成するために、研究グループはシリコン基板を金でコーティングし、金のビームを金のバッキングに冷間溶接しました。 「このようにして、金の梁の厚さはエアブリッジの高さを正確に制御でき、ほぼ完全なミラーリングを可能にしました」と彼らは言った。 セルのスペクトル利用率はほぼ完全であり、反射率が100％に近づくと、セルのバンドギャップの増加やエミッター温度の低下にほとんど影響されなくなります。このスペクトル効率により、シリコンなどの低コストの材料を使用できるようになる可能性があると科学者たちは述べた。彼らは、99.9％の反射率とほぼ完全な光子の利用は、将来の研究で達成可能な可能性があると付け加えました。 「TPVが占める特定のハイパワーアプリケーションスペースは、経済性をシステムへの実際の導入と実現可能な形で結び付けます」とレナート氏は結論付けました。「エアブリッジテクノロジーは、コストをさらに削減できるウェーハ再利用アプローチと互換性があります。」 #太陽光発電　#飛花落葉　#hikarakuyho

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