Інженери Массачусетського технологічного інституту (MIT) та Національної лабораторії відновлюваних джерел енергії (NREL) створили термофотовольтаїчний елемент (TPV), який перетворює тепло на електрику з ефективністю понад 40%. Пристрій майже дотягує за характеристиками до традиційних паротурбінних електростанцій. TPV схожий на фотоелектричний елемент сонячної панелі. Він пасивно вловлює фотони високої енергії від розігрітого джерела тепла та перетворює їх на електрику. Розробленою командою зразок, по суті, являє собою твердотільний тепловий двигун, але не містить частин, що рухаються, і може генерувати електрику від джерела тепла, нагрітого до 1900-2400 градусів Цельсія.
Для цього в ньому використовуються металеві сплави з широкою забороненою зоною (зазором між валентною зоною матеріалу і його зоною провідності), що розташовані поверх сплаву з трохи меншою шириною забороненої зони, під яким знаходиться дзеркальна золота пластинка. Перший шар TPV-елемента поглинає фотони з найвищою енергією, другий – з меншою, а останній – віддзеркалює залишкове теплове випромінювання назад у накопичувач тепла.
«Однією з переваг твердотільних перетворювачів енергії є те, що вони можуть працювати за більш високих температур з меншими витратами на технічне обслуговування, оскільки в них немає частин, що рухаються. Вони просто генерують електроенергію», — сказав Асегун Генрі, професор розвитку кар’єри на факультеті машинобудування Массачусетського технологічного інституту.
На сьогоднішній день більшість TPV досягли ефективності близько 20%, а попередній рекорд становив 32%. Площа термофотовольтаїчного елемента, який використовували у дослідах MIT, становить близько 1 квадратного сантиметра.
Генрі вважає, що для більш масштабної системи теплових батарей TPV мають займати близько 10 тисяч квадратних футів (близько чверті футбольного поля) та працюватимуть на складах із клімат-контролем. Там вони можуть перетворювати енергію від величезних сховищ накопиченої сонячної енергії (наприклад, розігрітого графіту).