Ein Team aus Berkeley hat einen neuen Rekord bei der thermischen Photovoltaik-Effizienz gebrochen und markiert den Weg zu einem Ultraleichtmotor, der tagelang Drohnen antreiben kann.
In den letzten 15 Jahren ist der Wirkungsgrad der Umwandlung von Wärme in Strom um 23% gesunken. Heute hat eine brillante Intuition einer Gruppe von Forschern ermöglicht, einen weiteren Schritt zu unternehmen und ihn auf 29% zu bringen. Das endgültig konkrete Ziel besteht nun darin, mit einem neuen Design und der noch klügeren Anwendung dieser neuen Kriterien einen Wirkungsgrad von 50% 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.
"Die thermische Photovoltaik ist kompakt und für eine Vielzahl von Anwendungen sehr effizient. Von denen, die mindestens 100 Watt (eine kleine Drohne) benötigen, 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 geleistet und 8 vor 2011 Jahren 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.
„Der Spiegel kann ein dichtes lumineszierendes photonisches Infrarotgas in der Solarzelle 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 ins Spiel zurückkehren, um sie in den Energieerzeugungsprozess einzubeziehen.
„Ein Ergebnis, das in der Geschichte mit einem einfachen goldenen Spiegel nie erreicht wurde. Jetzt werden wir eine elektrische Schicht unter die des Spiegels legen und den Wirkungsgrad 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
