Efficiency-optimized near-field thermophotovoltaics using InAs and InAsSbP
Notice bibliographique
Résumé
Waste heat is a free and abundant energy source, with 15% of global total energy use existing as waste heat above 600 K. For 600–900 K temperature range, near-field thermophotovoltaics (NFTPVs) are theorized to be the most effective technology to recycle waste heat into electrical power. However, to date, experimental efficiencies have not exceeded 1.5%. In this work, we optimize the efficiency of three modeled InAs/InAsSbP-based room-temperature NFTPV devices positioned 0.1 μm from a 750 K p-doped Si radiator. We couple a one-dimensional fluctuational electrodynamics model for the near field optics to a two-dimensional drift-diffusion model, which we validated by reproducing measured dark current–voltage curves of two previously published InAs and InAsSbP devices. The optimized devices show four to six times higher above-bandgap energy transfer compared to the blackbody radiative limit, yielding enhanced power density, while simultaneously lowering parasitic sub-bandgap energy transfer by factors of 0.68–0.85. Substituting InAs front- and back-surface field layers with InAsSbP show 1.5- and 1.4-times higher efficiency and power output, respectively, from lowered parasitic diffusion currents. Of our three optimized designs, the best performing device has a double heterostructure with an n–i–p doping order from front to back. For radiator-thermophotovoltaic gaps of 0.01–10 μm and radiators within 600–900 K, this device has a maximum efficiency of 14.2% and a maximum power output of 1.55 W/cm2, both at 900 K. Within 600–900 K, the efficiency is always higher with near- vs far-field illumination; we calculate up to 3.7- and 107-times higher efficiency and power output, respectively, using near-field heat transfer.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».