Termofotovoltaicos de Campo Próximo de Grande Área para Aplicações em Baixas Temperaturas

Resumo Os termofotovoltaicos, dispositivos que convertem fótons infravermelhos térmicos em eletricidade, oferecem um caminho fundamental para uma variedade de tecnologias críticas de energia renovável, incluindo armazenamento de energia térmica, recuperação de calor residual e geração direta de energia solar-térmica. No entanto, dispositivos convencionais de campo distante têm dificuldade em gerar potências razoáveis em temperaturas mais baixas. Os termofotovoltaicos de campo próximo fornecem um caminho para potências substancialmente mais altas aproveitando os efeitos de tunelamento de fótons. Aqui, apresenta-se um dispositivo termofotovoltaico de campo próximo de grande área, criado com uma abordagem de cofabricação epitaxial, que consiste em um par emissor-célula autossustentado de 0.28 cm 2 com um gap de 150 nm. O dispositivo gera 1.22 mW a 460 °C, um aumento de 25 vezes em relação à mesma célula medida em uma configuração de campo distante. Além disso, o dispositivo de campo próximo demonstra densidades de corrente de curto-circuito maiores do que o limite de fotocorrente de campo distante em todas as temperaturas testadas, confirmando o papel dos efeitos de tunelamento de fótons na melhoria do desempenho. A modelagem sugere várias direções práticas para aprimoramentos da célula e novos aumentos na densidade de potência. Esses resultados destacam a promessa dos termofotovoltaicos de campo próximo, especialmente para aplicações em baixas temperaturas.