据外媒报道，莱斯大学的研究人员发现了一种改进热光电（TPV）系统关键元件的新方法，可通过光将热量转化为电能。莱斯大学工程师Gururaj Naik及其团队采用一种受量子物理学启发的非常规方法，设计了一种热发射器，可在实际设计参数范围内实现高效率。

图片来源：莱斯大学

这项研究可以为热能电存储的发展提供参考，而热能电存储有望成为一种经济实惠的电网级电池替代品。更广泛地说，高效的TPV技术可以促进可再生能源的增长——这是向净零排放世界过渡的重要组成部分。更好的TPV系统的另一个主要好处是回收工业过程中的废热，使其更具可持续性。具体来说，将原材料转化为消费品所用的热量中，高达20-50%最终被浪费，每年给美国经济造成超过2000亿美元的损失。

TPV系统涉及两个主要组件：将光转换为电的光伏（PV）电池和将热转换为光的热发射器。这两个组件必须工作良好才能使系统高效运行，但优化工作更多地集中在PV电池上。

研究人员Gururaj Naik表示：“使用传统的设计方法会限制热发射器的设计空间，最终会得到以下两种情况之一：实用的低性能设备或难以集成到实际应用中的高性能发射器。”

在期刊《npj Nanophotonics》上发表的一项新研究中，Naik及其前博士生Ciril Samuel Prasad展示了一种新的热发射器，尽管尚未投入应用，但其效率有望超过60%。

该发射器由钨金属片、一层薄薄的垫片材料和硅纳米圆柱网络组成。加热后，基层会积聚热辐射，这可以被认为是光子浴。位于顶部的微型谐振器以一种允许它们从这个光子浴中“逐个提取光子”的方式相互“交谈”，控制发送到光伏电池的光的亮度和带宽。

Gururaj Naik表示：“我们没有专注于单谐振器系统的性能，而是考虑了这些谐振器的相互作用方式，这开辟了新的可能性。这使我们能够控制光子的存储和释放方式。”

这种选择性发射是通过量子物理学的洞察力实现的，它最大限度地提高了能量转换，并实现了比以前更高的效率，在材料性能的极限下运行。为了提高新实现的60%效率，需要开发或发现具有更好性能的新材料。

这些优势可能使TPV成为锂离子电池等其他储能和转换技术的有竞争力的替代品，特别是在需要长期储能的情况下。Naik指出，这项创新对产生大量废热的行业（如核电站和制造设施）具有重要意义。

该团队的技术还可用于太空应用，例如为火星探测车提供动力。