2021年8月31日由Alex Smith审查
随着传感器和先进的通信工具，提供轻质便携式电力的供应变得更加困难。
由陆军资助的研究证明了一种将热能转化为电能的新方法，可以为战场上的士兵提供紧凑而高效的电力。图片来源:密歇根大学。
研究资助的研究美国陆军开发了一种有可能将热能转化为电能的新方法。这可以为未来战场上的士兵提供紧凑而高效的电力。
光以光子的形式被热的物体辐射到大气中。利用光伏电池捕获发出的光子并将它们转换成有用的电能是可能的。
这种能量转换技术称为远场炎热球或FF-TPV。即使在经过多年的发展之后，它也具有低功率密度等挑战，因此需要发射器的高工作温度。
密歇根大学的研究呈现了一种新方法，降低了发射器与光伏电池与纳米级之间的分离。这有助于更高的功率输出，而不是具有相同发射极温度的FF-TPV。
这项研究发表在杂志上自然通信．
这种能够捕获能量的方法被称为近场热光电伏特法或NF-TPV。这种方法采用定制的光伏电池和发射极设计，非常适合近场工作条件。
根据密歇根大学的机械工程教授埃德加梅霍夫博士的说法，这种方法已经显示出电源密度几乎是最优秀的NF-TPV系统的数量级。这也同时更有效地操作，导致未来的NF-TPV应用。
陆军在部署和战场作战期间使用大量的电力，必须由士兵或一个重量受限的系统携带。如果成功，未来近场tvs将成为士兵更紧凑、更高效的电源，因为这些设备可以在比传统tvs更低的操作温度下工作．
迈克博士等待，陆军研究实验室，美国军队作战能力发展指挥
光伏电池的效率由光伏电池中用于激发电子-空穴对的发射极和光伏电池之间的总能量转移量决定。提高发射极温度会增加电池带隙以上的光子数量。这就需要将能够加热光伏电池的子带隙光子的数量降到最低。
这是通过制造具有超平面的薄膜TPV电池和金属背反射器来实现。上述电池带间隙的光子在微半导体中有效地吸收，而带间隙以下的那些被反射回硅发射器并再循环．
密歇根大学电气计算机工程教授斯蒂芬·福雷斯特博士
研究人员在厚的半导体衬底上开发了铟镓砷化光伏电池薄膜，随后他们剥离了电池的非常薄的半导体活性区，并将其转移到硅衬底上。
所有这些在器件设计和实验方法上的创新导致了新型的NF-TPV系统。
“该团队已实现历史记录〜5千瓦/平方米的功率输出，这是比先前在文献中报告的系统大的数量级，“密歇根大学机械工程教授Pramod Reddy博士博士。
研究人员还进行了最先进的理论计算，以估计光伏电池在每个温度和间隙尺寸下的性能，并在实验和计算预测之间表现出良好的性能。
该目前的示范符合纳米级辐射热传递的理论预测，直接显示出在电力和能量，通信和传感器中的陆军应用的未来近场TPV器件的潜力．
Pani Varanasi博士，Devcom Arl计划经理
期刊参考：
Mittapally，R.，等．(2021)用于高功率密度下的高效热-电转换的近场热光电池．自然通信．doi.org/10.1038/s41467 - 021 - 24587 - 7．
来源:https://www.army.mil/