基于近場熱輻射的熱光伏器件是一種極具應(yīng)用前景的熱電轉(zhuǎn)換器件.近場下由于倏逝波的隧穿作用,可以獲得遠(yuǎn)超黑體輻射的熱流及熱電功率,此時輻射表面光子態(tài)密度是個關(guān)鍵因素.本文提出了一種具有高表面態(tài)密度的CaF₂/W多層膜人工雙曲介質(zhì)作為輻射器,可以針對有限溫度熱源獲得高效熱電轉(zhuǎn)化效果.采用禁帶寬度為0.17eV的銻化銦p-n結(jié)作為接收端,在200 K溫度差和50 nm近場間隙下,理論上計算獲得了超過1 kW/m的高發(fā)電功率,熱電轉(zhuǎn)化效率在11%以上,顯著高于熱電材料的能量轉(zhuǎn)換效率.與純鎢熱源情形相比,雙曲介質(zhì)具有更高的倏逝波態(tài)密度,有助于顯著增強(qiáng)輻射熱流與能量利用率.進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)多層膜雙曲介質(zhì)厚度超過140 nm時,基底的影響已經(jīng)可以忽略,這對器件的實際制作非常有益.相對于納米線陣列或自然雙曲介質(zhì),本文提出的多層膜結(jié)構(gòu)在制作和帶寬上具有明顯優(yōu)勢,研究結(jié)果為近場熱光伏的發(fā)展起到了促進(jìn)作用. 

【文章來源】：物理學(xué)報. 2020年20期 北大核心

【文章頁數(shù)】：9 頁


本文編號：2919648