，一种类似太阳能电池板的热光伏电池，被动捕获白热热源的高能光子，并将其转化为电能使用在发电的热源温度可高达1900~2400摄氏度。研究人员计划将这种TPV电池集成到电网规模的热电池中。该系统将从太阳能等可再生能源中吸收多余的能量，并将其储存在高度绝缘的热石墨库中。当需要能量时，例如在阴天，TPV电池将热能转化为电能并将能量分配给电网。借助新的TPV电池，该团队现已在单独的小规模实验中成功展示了该系统的主要部分。他们目前正在努力将各个部分组合在一起并展示一个完全可操作的系统。他们希望扩大该系统以取代化石燃料发电厂，并实现完全由可再生能源供电的完全脱碳电网。“热光伏电池是证明‘热电池是一个可行概念’的最后和关键的一步，”麻省理工学院机械工程系教授AsegunHenry说。绝对关键的一步。”亨利和他的合作者在《自然》杂志上发表了他们的发现。麻省理工学院的合著者包括AlinaLaPotin、KyleBuznitsky、ColinKelsall、AndrewRohskopf和福特工程学教授兼机械工程系主任EvelynWang，以及科罗拉多州戈尔登的NREL的KevinSchulte和其他人。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-022-04473-y跨越鸿沟世界上90%以上的电力来自煤炭、天然气、核能和聚光太阳能等热能.一个世纪以来，汽轮机一直是将此类热源转化为电能的行业标准方法。平均而言，蒸汽轮机将其约35%的热源可靠地转化为电能，迄今为止任何热机的最高效率约为60%。但这些机器依赖于受温度限制的运动部件。高于2000°C的热源，例如Henry等人提出的热电池系统，对于涡轮机来说太热了。近年来，科学家们一直在研究固态替代品——没有移动部件的发电设备——以便在更高的温度下高效运行。“固态能量转换器的一个优点是它们可以在更高的温度下运行，并且维护成本更低，因为它们没有活动部件，”Henry说。”，“它们只是被放置在那里以可靠地发电。”热光伏电池为固态发电设备提供了一条探索途径。就像太阳能电池一样，TPV电池可以由具有特定带隙的半导体材料制成（间隙在材料的价带和导带之间）。如果一个足够高能量的光子被材料吸收，它可以将电子踢过带隙，然后电子可以在带隙中导电，发电。这是在没有转子或叶片的情况下完成的。迄今为止，大多数TPV电池的效率仅达到20%左右，最高达到32%。这些电池由相对低带隙的材料制成，可转换低温、低能量的光子，因此转换能量的效率较低。在他们新的TPV设计中捕获光，Henry和他的同事们希望从更高温度的热源中捕获更高能量的光子，以更有效地转换能量。与现有的TPVd在设计上，该团队的新电池使用具有更高带隙和多个结或材料层的材料。该电池由三个主要区域组成：带隙稍低的合金顶部的高带隙合金，以及底部的镜面金层。第一层从热源捕获能量最高的光子并将其转化为电能，而穿过第一层的能量较低的光子则被第二层捕获并转换以增加产生的电压。任何穿过第二层的光子都会被反射并返回热源，而不是作为废热被吸收。该团队通过将电池放置在热通量传感器上来测试电池的效率，该传感器直接测量从电池吸收的热量。他们将电池暴露在高温灯下，并将光线聚焦在电池上。然后他们改变灯泡的强度或温度，并观察电池的功率效率（它产生的电量与其吸收的热量相比如何随温度变化）。在1,900至2,400摄氏度的温度范围内，新型TPV电池的效率保持在40%左右。“我们可以在与热电池相关的温度范围内实现高效率，”亨利说。实验中的电池约为一平方厘米。对于电网规模的热电池系统，Henry设想TPV电池必须扩大到约10,000平方英尺（约四分之一足球场），并将在温控仓库中运行以从巨大的太阳能储存池电力。他指出，制造大型光伏电池的基础设施已经存在，也可用于制造TPV。“就可持续性而言，这里肯定有巨大的净积极因素，”亨利说。“该技术在其整个生命周期内是安全且无害环境的，并且可能对减少电力生产产生的二氧化碳排放产生巨大影响。”
