A Highly Efficient, Selective, and Thermally Stable Dielectric Multilayer Emitter for Solar Thermophotovoltaics

热光电伏打 共发射极 电介质 材料科学 光电子学 选择性表面 光伏系统 工程物理 物理 电气工程 工程类
作者
Antonio Caldarelli,Daniela De Luca,Changkyun Lee,Gennaro Sanità,E. Esposito,Marilena Musto,R. Russo,Peter Bermel
出处
期刊:Solar RRL [Wiley]
卷期号:8 (10) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/solr.202400079
摘要

Herein, the design, optimization, fabrication, and characterization of a highly efficient selective emitter (SE) for solar thermophotovoltaic systems is presented. An SE consisting of three layers (SiN x –SiO 2 –TiO 2 ) deposited on a tungsten substrate is optimized for use with photovoltaic (PV) cells based on III–V semiconductors, such as GaSb, InGaAs, and InGaAsSb. The fabricated SE shows an emitter efficiency ( η SE ) of 50% when coupled with a PV cell having an energy bandgap of 0.63 eV. After thermal treatment carried out at 1000 °C for 8 h in a vacuum environment, η SE of 46% is recorded, demonstrating the thermal stability of the proposed SE. Its behavior at high temperatures has also been studied using simulations based on the transfer matrix method and on refractive indices experimentally measured at different temperatures (up to 1000 °C). The results show η SE of 44% in the energy bandgap range of 0.55–0.63 eV, proving that the proposed structure is promising and can operate at high temperatures. In addition, the behavior of a real PV cell is simulated, and calculations show a maximum PV cell efficiency of 15% at 1000 °C and 25% at 1600 °C, exceeding the Shockley–Queisser limit.
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