A multi-junction-based near-field solar thermophotovoltaic system with a graphite intermediate structure

热光电伏打 材料科学 光电子学 发射率 能量转换效率 太阳能 能量转换 黑体辐射 光伏系统 共发射极 光学 电气工程 物理 工程类 热力学 辐射
作者
Jaeman Song,Minwoo Choi,Zhimin Yang,Jungchul Lee,Bong Eun Lee
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:121 (16): 163503-163503 被引量:3
标识
DOI:10.1063/5.0115007
摘要

A solar thermophotovoltaic (STPV) system can transform incident concentrated solar energy into electrical energy with an efficiency that could be higher than the Shockley–Queisser limit. Near-field thermophotovoltaic (NF-TPV) devices can generate larger electrical power output than traditional far-field TPV devices with the aid of photon tunneling. Moreover, multi-junction PV cells can boost the performance of TPV devices by effectively distributing the absorbed photon energy inside the PV cell. In this work, we design a multi-junction-based near-field STPV system with a practical and high-temperature stable graphite intermediate structure. To optimize the system configuration, we employ a genetic algorithm and a surrogate model based on an artificial neural network, which enables us to suggest a better design approach for the multi-junction-based NF-STPV system between the power output density and power conversion efficiency maximization scenarios. When the concentration factor of the incident solar energy is 5000 and the absorber-to-emitter area ratio is 3, we can achieve a system efficiency of 23%. By introducing a material whose emissivity is as high as a blackbody on the solar absorber, the system efficiency can be further enhanced up to 35%.
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