Ein Team aus Berkeley hat einen neuen Rekord in der thermischen Photovoltaik-Effizienz aufgestellt und den Weg zu einem ultraleichten Motor markiert, der Drohnen tagelang antreiben kann.
In den letzten 15 Jahren ist der Wirkungsgrad der Umwandlung von Wärme in Strom bei 23 % ins Stocken geraten. Heute hat eine brillante Intuition einer Gruppe von Forschern erlaubt, einen weiteren Schritt zu machen und sie auf 29 % zu bringen. Das endlich konkrete Ziel ist nun, mit einem neuen Design und der noch klügeren Nutzung dieser neuen Kriterien 50% Wirkungsgrad zu erreichen.
Die Implikationen
Berkeleys Forschung hat direkte und wichtige Konsequenzen für alle Technologien, für deren Funktion schwere Batterien erforderlich sind.
Die thermische Photovoltaik ist eine ultraleichte alternative Quelle, die es einer Vielzahl unbemannter Flugzeuge ermöglicht, vor dem Entladen tagelang ununterbrochen zu fliegen. Es kann auch verwendet werden, um Raumsonden über Jahrhunderte hinweg mit Strom zu versorgen und in naher Zukunft ein ganzes Haus mit einem Generator von der Größe einer Hülle mit Strom zu versorgen.
Die Arbeit der Forscher von UC Berkeley wurde in einem Artikel gesammelt, der diese Woche in der Zeitschrift Proceedings der National Academy of Sciences veröffentlicht wurde.
"Thermische Photovoltaik ist kompakt und sehr effizient für ein breites Anwendungsspektrum. Von denen, die mindestens 100 Watt benötigen (eine kleine Drohne) bis zu denen, die 100 Megawatt benötigen (Strom für 36.000 Haushalte)," Er sagt Eli Yablonovitch, Professor für Elektrotechnik und Computerwissenschaften sowie Mitautor der Studie.
Wie das Prinzip funktioniert
Laut Yablonovitch stammen diese Ergebnisse aus der Arbeit, die er mit seinen Schülern durchgeführt und vor 8 Jahren im Jahr 2011 veröffentlicht hat. In dieser äußerst talentierten Arbeit war die Idee, dass der Schlüssel zur Verbesserung der Solar- Es hätte nicht nur mehr Photonen absorbieren, sondern auch emittieren sollen. Durch Hinzufügen eines Spiegels mit hohem Reflexionsvermögen auf der Rückseite einer Photovoltaikzelle brach das Team den Effizienzrekord und erzielte durch Perfektionierung der Technik weiterhin Ergebnisse.
„Was der Spiegel tun kann, ist ein dichtes infrarotes lumineszierendes photonisches Gas innerhalb der Solarzelle zu erzeugen. Ein Phänomen, das die Spannung erhöht.“ sagt Yablonovitch.
Das Team stellte fest, dass das Vorhandensein dieses Spiegels eine der größten Herausforderungen auf dem Gebiet der Thermophotovoltaik-Forschung lösen kann: Verwendung von Photonen, die zu wenig Energie zur Stromerzeugung haben.
Ein Spiegel lässt sie einfach „zurückkommen“ und auf das Schlachtfeld zurückspringen, wodurch sie in den Stromerzeugungsprozess eingebunden werden.
„Eine Leistung, die in der Geschichte noch nie zuvor mit einem einfachen Goldspiegel erreicht wurde. Jetzt werden wir eine elektrische Schicht unter der des Spiegels hinzufügen und die Effizienz sofort auf 36 % bringen.“ Würfel Luis M. Pazos Outόn, ein anderer der Autoren.
Dies ist ein bereits außergewöhnliches Ergebnis, und das Erreichen einer Effizienz von 50% ist jetzt wirklich in unserer Reichweite.
Hier ist die Studie: Zunaid Omair et al. Ultraeffiziente thermophotovoltaische Energieumwandlung durch spektrale Bandkantenfilterung, Proceedings of the National Academy of Sciences (2019). DOI: 10.1073 / pnas.1903001116
