近日，我院于坤教授團隊在《Applied Physics Letters》上發(fā)表了題為“Enhanced and tunable near-field thermophotovoltaics driven by hybrid polaritons”的研究論文,。光學工程博士生李林為第一作者,，于坤教授和吳小虎研究員為共同通訊作者，河南師范大學物理學院為第一通訊單位,，該研究成果得到了國家自然科學基金等項目的資助。

研究背景及亮點

利用500 ~ 1000 K的中溫熱源發(fā)電，在太陽能和熱電聯產系統(tǒng)的余熱回收和發(fā)電等各領域具有重要意義,。在這些溫度范圍內，現有的固態(tài)技術在實現最佳轉換效率(例如熱電系統(tǒng))或提供高功率密度能力(例如熱光伏和熱離子器件)方面表現出局限性,。近場熱光伏(NF-TPV)利用倏逝波的耦合實現了高輸出功率和高效的熱電能量轉換,，從而解決了這一問題。天然雙曲材料中雙曲聲子激元(HPhPs)的激發(fā)導致發(fā)射極的發(fā)射增強,，對提高NF-TPV器件的性能具有很大的潛力,。各向同性二維等離子體材料石墨烯還可以利用表面等離子體激元(SPPs)的支持，極大地增強發(fā)射極雙曲帶以外的發(fā)射,，其主要特征是表面等離子體在外部電壓偏置或摻雜誘導下具有可調的化學勢,。由石墨烯層和雙曲材料膜組成的異質結構可導致更高的輻射熱通量,。然而，類三明治結構對NF-TPV的影響還有待進一步研究,。

針對以上問題,，我們提出了一種由石墨烯/CaCO3/石墨烯三明治狀熱發(fā)射器和帶有InSb的光伏電池組成的NF-TPV器件。通過與其他三種NF-TPV器件的比較,，深入分析了三明治結構下SPPs和HPhPs的雜化,。通過光譜熱通量和能量傳輸系數闡明了間隙距離、HM厚度和石墨烯化學勢對所提出的NF-TPV性能的影響,。此外,，還研究了石墨烯化學勢對NF-TPV器件性能的影響。通過改變石墨烯的化學勢,，三明治結構的可調功率密度范圍可達其他結構的3.26倍,。研究結果為在納米和微尺度上增強和控制NF-TPV的性能鋪平了一條有希望的道路。

文章鏈接：https://doi.org/10.1063/5.0220172