Termofotónica

La termofotónica (a menudo abreviada como TPX ) es un concepto para generar energía útil a partir del calor que comparte algunas características con la generación de energía termofotovoltaica (TPV). La termofotónica fue propuesta públicamente por primera vez por el investigador de energía solar fotovoltaica Martin Green en el año 2000. Sin embargo, hasta la fecha no se conoce ningún dispositivo TPX que haya sido demostrado, aparentemente debido al estricto requisito de eficiencia del emisor.

Un sistema TPX consta de un diodo emisor de luz (LED) (aunque se pueden concebir otros tipos de emisores), una célula fotovoltaica (PV), un acoplamiento óptico entre ambos y un circuito de control electrónico. El LED se calienta a una temperatura superior a la de la célula fotovoltaica mediante una fuente de calor externa. Si no se aplica energía al LED, el sistema funciona de forma muy similar a un sistema TPV muy ineficiente; sin embargo, si se aplica una polarización directa a una fracción del potencial de la banda prohibida, un mayor número de pares electrón-hueco (EHP) se excitarán térmicamente hasta alcanzar la energía de la banda prohibida. Estos EHP pueden recombinarse radiativamente, de modo que el LED emite luz a una velocidad superior a la de la radiación térmica (emisión "supertérmica"). Esta luz se transmite a la célula fotovoltaica, más fría, a través del acoplamiento óptico y se convierte en electricidad.

El circuito de control aplica una carga a la célula fotovoltaica (presumiblemente en el punto de máxima potencia ) y convierte esta tensión a un nivel que permite mantener la polarización del emisor. Si la eficiencia de conversión de electricidad a luz y de luz a electricidad es suficientemente alta, la potencia obtenida de la célula fotovoltaica puede superar la potencia que llega al circuito de polarización, y esta pequeña fracción de potencia sobrante (proveniente de la diferencia de calor) puede utilizarse. En cierto modo, se trata de un motor térmico fotónico .

Entre las posibles aplicaciones de los generadores termofotónicos se incluyen la generación de electricidad mediante energía solar térmica y el aprovechamiento del calor residual . Los sistemas TPX podrían generar energía con niveles de producción útiles a temperaturas en las que actualmente solo son viables los sistemas termoeléctricos , pero con mayor eficiencia.

En 2009, la Oficina de Patentes de Estados Unidos publicó una solicitud de patente para un generador termofotónico que utiliza un espacio de vacío con un espesor del orden de un micrómetro o menos, la cual fue asignada a MTPV Corporation de Austin, Texas, EE. UU. Esta variante propuesta de la tecnología permite un mejor aislamiento térmico gracias al espacio entre el emisor caliente y el receptor frío, a la vez que mantiene un acoplamiento óptico relativamente bueno entre ellos debido a que dicho espacio es pequeño en relación con la longitud de onda óptica.

• Solicitud de patente estadounidense n.° 20090188549: Método y aparato para la generación termofotónica mejorada de electricidad.
• Green, Martin A. (mayo de 2000). "Fotovoltaica de tercera generación: estructuras avanzadas capaces de alta eficiencia a bajo costo". Actas de la 16.ª Conferencia Europea de Energía Solar Fotovoltaica . Glasgow, Escocia. pág.  51.

• Harder, Nils-P.; Martin A. Green (2003). "Termofotónica". Semiconductor Science and Technology . 18 (5): S270– S278. Bibcode : 2003SeScT..18S.270H . doi : 10.1088/0268-1242/18/5/319 .

• Tobias, I.; A. Luque (2002). "Eficiencia ideal y potencial de convertidores termofotónicos solares bajo flujo de potencia concentrado óptica y térmicamente". IEEE Transactions on Electron Devices . 49 (11). IEEE: 2024– 2030. Bibcode : 2002ITED...49.2024T . doi : 10.1109/TED.2002.804731 .