Un grupo de investigación estadounidense ha desarrollado emisores estables para aplicaciones de alta temperatura superiores a 1.800 C, lo que podría mejorar la eficiencia de los sistemas termofotovoltaicos a escala de laboratorio. El marco muestra el potencial para diseñar metamateriales para aplicaciones específicas en fotónica de alta temperatura mediante optimización y aprendizaje automático.

Un grupo de científicos de la Universidad de California y la Universidad de Richmond en Estados Unidos ha creado emisores estables de alta temperatura que pueden alcanzar temperaturas de más de 1.800 C y, según se informa, pueden permitir “la próxima generación de sistemas TPV a escala de laboratorio con eficiencia récord”. "

"Nuestro hallazgo presenta una vía novedosa para diseñar estructuras fotónicas que puedan operar a temperaturas ultraaltas y podrían permitirlo", dijeron los investigadores. “Todo ello, al mismo tiempo que allana el camino para su comercialización debido a la reducida complejidad de las estructuras”.

STPV es una tecnología de generación de energía que utiliza radiación térmica para generar electricidad en una celda fotovoltaica. Un sistema STPV consta de un emisor térmico que puede alcanzar altas temperaturas, cercanas o superiores a los 1.000 C, y una célula de diodo fotovoltaico capaz de absorber los fotones procedentes de esta fuente de calor.

Esta tecnología ha despertado un gran interés entre los científicos en las últimas décadas, ya que es capaz de Capta la luz solar en todo el espectro solar y tiene el potencial técnico para superar el límite de Shockley-Queisser de la energía fotovoltaica tradicional. Sin embargo, las eficiencias reportadas hasta ahora siguen siendo demasiado bajas para hacerlo comercialmente maduro, ya que los dispositivos STPV aún sufren una serie de pérdidas ópticas y térmicas.

El grupo combinó 2.809 pares de revestimiento/sustrato y calculó los emisores fotónicos ideales. Esos emisores tienen un espectro de emisión adaptado para fines de TVP, al tiempo que mantienen la estabilidad térmica en temperaturas superiores a 1.800 C. También examinó la combinación de 53 materiales con puntos de fusión superiores a 2.000 C.

Luego, los científicos calcularon la eficiencia de entrada de calor a salida de energía de las combinaciones de todos esos materiales como sustrato o recubrimientos emisores. También marcaron las combinaciones con equilibrios de fases y desajustes de baja expansión térmica.

"Los equilibrios de fases definen si los materiales sólidos combinados pueden coexistir hasta fundirse sin formar una solución sólida o un compuesto intermedio", explicaron los académicos en el artículo.

Los desajustes de expansión térmica se refieren a las diferencias en cómo los materiales se expanden o contraen cuando se exponen a cambios de temperatura.