【據美國萊斯大學網站2019年7月12日報道】萊斯大學的科學家正在設計單壁碳納米管陣列，以改善中紅外輻射，并大大提高太陽能系統的效率。萊斯大學的一項模擬顯示，一組空腔被圖案化成對齊的碳納米管薄膜。經過優化后，薄膜吸收熱光子并以窄帶寬發出光，可以作為電力再循環。
萊斯大學布朗工程學院的Gururaj Naik和Junichiro Kono在《ACS光子學》期刊中介紹了他們的技術。
他們的發明是一種雙曲面熱發射器，它可以吸收原本會被排放到大氣中的高熱，將其壓縮到一個狹窄的帶寬中，并以光的形式發射出來，然后將其轉化為電能。這一發現基于Kono團隊2016年的另一項發現，當時他們發現了一種簡單的方法，可以制造由緊密堆積的納米管組成的高度對齊的晶圓級薄膜。
整齊排列的納米管薄膜是吸收廢熱并將其轉變為窄帶光子的導管。因為納米管中的電子只能在一個方向上行進，所以整齊排列的薄膜在該方向上是金屬的，而在垂直方向上是絕緣的，Naik稱為雙曲線色散。熱光子可以從任何方向撞擊薄膜，但只能通過一個方向離開。
Naik說：“我們不是從熱能直接轉向電力，而是從熱到光，再到電。” “似乎兩個過程比三個過程效率更高，但在該研究中，事實并非如此。”Naik表示，在標準太陽能電池中添加這種發射管，可以將效率從目前峰值提高22％左右。 “通過將所有浪費的熱能壓縮到一個小的光譜區域，我們可以非常有效地將其轉化為電能，”他說。 “理論預測是我們可以獲得80％的效率。”
納米管薄膜適合這項任務，因為它們可以承受高達1700℃（3092華氏度）的溫度。Naik的團隊構建了概念驗證器件，使其能夠在高達700℃（1,292 F）的溫度下運行并確認其窄帶輸出。為了制造它們，該團隊將亞微米級腔體陣列圖案化為芯片尺寸的薄膜。“有一系列這樣的諧振器，每個都在狹窄的光譜窗口內發射熱光子，”Naik說。 “我們的目標是使用光伏電池收集它們并將其轉化為能量，并表明我們可以高效率地完成這項工作。”
美國能源部基礎能源科學項目、國家科學基金會和羅伯特·a·韋爾奇基金會資助了這項研究。
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