High-emissivity, thermally robust emitters for high power density thermophotovoltaics

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作者
Minok Park,Shomik Verma,Alina LaPotin,Dustin P. Nizamian,Ravi Prasher,Asegun Henry,Sean Lubner,Costas P. Grigoropoulos,Vassilia Zorba
出处
期刊:Joule [Elsevier]
卷期号:9 (7): 102005-102005 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.joule.2025.102005
摘要

Thermal radiative energy transport is essential for high-temperature energy harvesting technologies, including thermophotovoltaics (TPVs) and grid-scale thermal energy storage. However, the inherently low emissivity of conventional high-temperature materials constrains radiative energy transfer, thereby limiting system performance and technoeconomic viability. Here, we demonstrate ultrafast femtosecond laser-material interactions to transform diverse materials into near-blackbody surfaces with broadband spectral emissivity above 0.96. This enhancement arises from hierarchically engineered light-trapping microstructures enriched with nanoscale features, effectively decoupling surface optical properties from bulk thermomechanical properties. These laser-blackened surfaces (LaBS) exhibit exceptional thermal stability, retaining high emissivity for over 100 h at temperatures exceeding 1,000°C, even in oxidizing environments. When applied as TPV thermal emitters, Ta LaBS double electrical power output from 2.19 to 4.10 W cm−2 at 2,200°C while sustaining TPV conversion efficiencies above 30%. This versatile, largely material-independent technique offers a scalable and economically viable pathway to enhance emissivity for advanced thermal energy applications.
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