【摘 要】
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热光伏电池系统因其在废热回收方面的应用激发了人们广泛的研究兴趣,而近场热光伏电池系统由于其潜在的高性能日渐成为研究人员工作的重点。但是,由于热源和光伏电池的频率不匹配,造成热源-电池间的光子遂穿效率低下,使得近场热光伏电池性能的进一步提升受到了限制。并且,目前大多数工作考虑的是温度高于1000 K的高温热源,这使得温度处于400 K～800 K之间的常见工业废热未能被回收利用。基于此,我们提出以石
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热光伏电池系统因其在废热回收方面的应用激发了人们广泛的研究兴趣,而近场热光伏电池系统由于其潜在的高性能日渐成为研究人员工作的重点。但是,由于热源和光伏电池的频率不匹配,造成热源-电池间的光子遂穿效率低下,使得近场热光伏电池性能的进一步提升受到了限制。并且,目前大多数工作考虑的是温度高于1000 K的高温热源,这使得温度处于400 K～800 K之间的常见工业废热未能被回收利用。基于此,我们提出以石墨烯-六方氮化硼的异质结构作为近场热辐射源,以石墨烯覆盖的碲化铟半导体作为电池,并将热源温度设置在常见工业废热温度范围内,以实现对常见工业废热的充分利用。在此系统中,表面极化激元激发了热源-电池间的共振吸收,从而显著提高了输出功率和能量转换效率。结果表明,采用石墨烯-六方氮化硼异质结构和石墨烯覆盖的电池系统,其最佳输出功率可达3.5 × 104 W/m2;而具有异质结发射极和无覆盖的碲化铟电池系统,其最佳效率可达27%的卡诺效率。最终结论显示,近场热光伏电池系统的性能可与目前最先进的热电电池系统相媲美,甚至更优,这为未来高性能近场能量转换器件的设计提供了十分有用的参考价值。
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