基于熵分析的近场热光伏系统性能评估

摘要： 近场辐射热传递可显著提升热光伏（TPV）系统的输出功率。因此，探究如何提高近场TPV系统的能量转换效率至关重要。本研究基于有效介质理论中的涨落-耗散定理，从热力学公式出发评估了近场TPV系统的性能。研究发现：采用InAs或GaSb电池的近场TPV系统分别能实现更高的热通量或效率极限；而由纳米线/纳米孔阵列构成的双曲超材料（HMM）发射极TPV系统，相比块体参考体系具有更高的热通量和效率极限。这归因于HMM能支持双曲模式，且其辐射特性对能量转换效率展现出有利的熵含量。本工作提供了一种无需考虑系统运作机制即可确定效率极限并建立近场TPV系统效率目标的方法，研究成果将助力HMM发射极与TPV电池材料的设计应用，从而提升近场TPV系统的效率。