Investigation of Zro2/Sio2 photonic crystal optical filter with gradedrefraction indices in thermophotovoltaic systems
Notice bibliographique
Résumé
Thermophotovoltaics (TPV) systems convert radiant heat into electric power. TPV has many applications including uninterruptable power supplies, self-powered heating devices and power generation in space. Recently, the important role of TPV in transitioning to clean energy has been recognized, as research has increasingly been directed toward the application of TPV systems for industrial waste heat recovery, solar thermophotovoltaics, and thermal energy grid storage. The main components in a TPV system are the photovoltaic (PV) cell and the emitter. The emitter is at a high temperature in the range of ~1000 K to 2500 K. Radiation from the emitter is incident onto a PV cell with a low band-gap. Incident photons that have an energy that is greater than the band-gap of the PV cell (referred to as in-band photons) can be converted to electric power. Incident photons with energy less than the band-gap of the PV cell (referred to as out-of-band photons) do not contribute to the electric power output. In a TPV system a filter that transmits in-band photons while reflecting out-of-band photons can be placed between the emitter and the PV cell to enhance its performance. The reflected out-of-band photons can be absorbed by the emitter such that their energy is "recycled". However, a challenge with filters presently used in TPV system is simultaneously achieving very high transmittance and reflectance over a broad spectral range for in-band and out-of-band filters, respectively. Herein the design and optimization of a ZrO2/SiO2 one-dimensional photonic crystal (1D-PC) optical filter for TPV systems is investigated. A novel feature of the 1D-PC ZrO2/SiO2 filters investigated in this work is that they have a graded index of refraction profile at the interfaces between the layers within the filter, which increases their transmittance of in-band photons. COMSOL Multiphysics software and MATLAB are used to evaluate the transmittance and reflectance of the filters for different design configurations. Also, MATLAB is used to calculate the efficiency and output power density of the filters within a TPV system comprising a blackbody emitter and a GaSb PV cell. The results show that by stacking two ZrO2/SiO2 1D-PC filters with peak wavelength positions of 2050 nm and 3450 nm a TPV system efficiency of 26% and a power density of 8.3 W/cm 2 are achieved. These results show the ZrO2/SiO2 1D-PC filters studied in this work can be used in TPV systems to reduce their spectral losses and boost their performance.
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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) | 0,000 | 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 | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 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 ».