미국 연구 그룹은 실험실 규모의 열전지 시스템의 효율성을 향상시킬 수 있는 1,800C 이상의 고온 응용 분야를 위한 안정적인 방출기를 개발했습니다. 이 프레임워크는 최적화 및 기계 학습을 사용하여 고온 포토닉스에서 응용 분야별 메타물질을 설계할 수 있는 가능성을 보여줍니다.

캘리포니아 대학과 미국 리치몬드 대학의 과학자 그룹은 1,800C 이상의 온도에 도달할 수 있는 고온 안정적인 방출기를 만들었으며 "차세대 기록 효율성 실험실 규모 TPV 시스템"을 가능하게 할 수 있다고 합니다. ”

연구진은 “우리의 발견은 초고온에서 작동할 수 있고 이를 가능하게 하는 광자 구조를 설계하기 위한 새로운 경로를 제시한다”고 말했다. "이 모든 것이 구조의 복잡성 감소로 인해 상용화의 길을 닦는 동시에 가능합니다."

STPV 태양전지에서 열복사를 이용하여 전기를 생산하는 발전기술이다. STPV 시스템은 1,000C 근처 또는 그 이상의 높은 온도에 도달할 수 있는 열 방출기와 이 열원에서 나오는 광자를 흡수할 수 있는 광전지 다이오드 셀로 구성됩니다.

이 기술은 지난 수십 년 동안 과학자들 사이에서 큰 관심을 불러일으켰습니다. 전체 태양 스펙트럼에서 햇빛을 포착하고 기존 광전지의 Shockley-Queisser 한계를 극복할 수 있는 기술적 잠재력을 가지고 있습니다. 그러나 STPV 장치는 여전히 일련의 광학적 및 열적 손실을 겪고 있기 때문에 지금까지 보고된 효율성은 상업적으로 성숙하기에는 여전히 너무 낮습니다.

그룹은 2,809개의 코팅/기판 쌍을 결합하고 이상적인 광자 방출기를 계산했습니다. 이러한 방출체는 TVP 목적을 위한 맞춤형 방출 스펙트럼을 갖는 동시에 1,800C 이상의 온도에서도 열 안정성을 유지합니다. 또한 2,000C 이상의 융점을 갖는 53개 재료의 조합도 조사했습니다.

그런 다음 과학자들은 기판 또는 방출체 코팅과 같은 모든 재료의 조합에 대한 열 입력-전력-출력 효율을 계산했습니다. 그들은 또한 상평형과 낮은 열팽창 불일치와의 조합을 표시했습니다.

“상평형은 결합된 고체 물질이 고용체나 중간 화합물을 형성하지 않고 녹을 때까지 공존할 수 있는지 여부를 정의합니다.”라고 학계는 논문에서 설명했습니다.

열팽창 불일치는 온도 변화에 노출되었을 때 재료가 팽창하거나 수축하는 방식의 차이를 나타냅니다.