Nhiệt điện mặt trời (STPV) là công nghệ sản xuất điện sử dụng bức xạ nhiệt để tạo ra điện trong tế bào quang điện. Hệ thống STPV bao gồm một bộ phát nhiệt có thể đạt đến nhiệt độ cao, gần hoặc cao hơn 1.000 độ C và một tế bào diode quang điện có thể hấp thụ các photon đến từ nguồn nhiệt này. Công nghệ này đã thu hút sự quan tâm mạnh mẽ của các nhà khoa học trong những thập kỷ qua, vì nó có thể thu ánh sáng mặt trời trong toàn bộ quang phổ mặt trời và có tiềm năng kỹ thuật để đánh bại giới hạn Shockley-Queisser của quang điện truyền thống. Tuy nhiên, hiệu suất được báo cáo cho đến nay vẫn còn quá thấp để có thể hoàn thiện về mặt thương mại, vì các thiết bị STPV vẫn phải chịu một loạt tổn thất quang học và nhiệt.

Với suy nghĩ này, một nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học Michigan và Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Quân đội Hoa Kỳ đã đề xuất một cách tiếp cận mới cho STPV bao gồm giảm sự phân tách giữa bộ phát và tế bào quang điện xuống kích thước nano. Các nhà nghiên cứu gọi cách tiếp cận của họ là “quang điện trường gần” và tuyên bố rằng nó có thể đạt được mật độ công suất cao và hiệu suất chuyển đổi điện năng cao.

Các nhà khoa học đã tạo ra một thiết bị STPV với một bộ phát có thể đạt nhiệt độ cao tới 1.270 Kelvin và một tế bào quang điện màng mỏng dựa trên indium gallium arsenide (InGaAs) được cho là có khả năng hấp thụ trên vùng cấm (ABG) bức xạ nhiệt trong khi giảm thiểu sự hấp thụ của các photon vùng cấm phụ (SBG). Stephen Forrest, giáo sư kỹ thuật điện và máy tính tại trường: “Các photon phía trên vùng cấm của tế bào được hấp thụ một cách hiệu quả trong chất bán dẫn dày micromet trong khi các photon bên dưới vùng cấm bị phản xạ trở lại bộ phát silicon và được tái chế”.

Pin mặt trời được đặt trên đế bán dẫn dày và vùng hoạt động của tế bào bán dẫn mỏng sau đó được bóc ra và chuyển sang đế silicon. Một nền tảng định vị nano trong môi trường chân không cao được sử dụng để ghép song song và đo khoảng cách giữa bộ phát và tế bào PV. Bộ phát và tế bào PV ban đầu chỉ cách nhau 7µm và tế bào sau đó được đặt gần bộ phát hơn bằng cách sử dụng bộ truyền động áp điện được điều khiển phản hồi, đây là một công cụ có thể chuyển đổi tín hiệu điện thành một dịch chuyển vật lý có kiểm soát.

Theo các nhà nghiên cứu, thiết bị STPV thể hiện mật độ công suất kỷ lục khoảng 5 kW / m 2 với hiệu suất 6,8%, mà họ tuyên bố là một cấp độ lớn hơn các hệ thống được báo cáo trước đây trong tài liệu. Hiệu suất được báo cáo xác định tỷ lệ giữa sản lượng điện của tế bào PV và sự truyền nhiệt bức xạ từ bộ phát.

Nhà nghiên cứu Pani Varanasi cho biết: “Cuộc trình diễn hiện tại này đáp ứng các dự đoán lý thuyết về sự truyền nhiệt bức xạ ở quy mô nano, và trực tiếp cho thấy tiềm năng phát triển các thiết bị TPV trường gần trong tương lai cho các ứng dụng quân đội trong năng lượng và năng lượng, thông tin liên lạc và cảm biến”.