基于MEMS器件的可再构热光伏电池

两个被纳米间隙隔开的平面结构具有远强于黑体辐射的热电能量转换效率。然而，如何利用这种近场换能机制进行大规模器件的制备并实现高效的发电仍然是一个巨大的挑战。来自美国哥伦比亚大学的Michal Lipson等人提出了一种全集成、可再构以及大规模的纳米机电系统（NEMS）。该系统基于近场响应机制，能够可控的进行热量吸收以及能量回收。如图所示，通过精确控制MEMS器件中热发射体与室温Ge光探测器之间的纳米级间距，进而形成了一种可再构的热光伏电池。当这种电池中的热发射体以及冷光子探测器的距离从500nm减小到100nm时，其发电功率实现了数量级的提升，可达1.25 μWcm^-2。此外这种器件的驱动功率仅为发电功率的10^-4倍，且可以大面积的制备，具有重要的应用价值。相关结果发表在Nature Communication, 11, 2545（2020）上。

图：热光伏电池的结构图，以及通过调整热发射体与光探测器距离而得到的可调热光伏电池性能图