Científica, ISSN 2594-2921, vol. 28, no. 1, January-June 2024.
DOI: 10.46842/ipn.cien.v28n1a07
Diseño de absorbedor-emisor selectivo a base de nanotubos de carbono y tungsteno para aplicaciones termo-fotovoltaicas
Design of selective absorber-emitter based on carbon nanotubes and tungsten for thermo-photovoltaic applications
Recibido 25-04-2024, aceptado 12-05-2024.
Resumen
En esta investigación se formula el diseño de una celda solar termo-fotovoltaica que aumenta la eficiencia energética por medio de un proceso de emisión foto-termiónica. La celda propuesta busca transformar la luz solar en energía eléctrica asistida por un proceso térmico intermedio utilizando materiales nanoestructurados. Nanotubos de carbono alineados verticalmente actuarán como eficientes absorbedores de la luz solar para generar emisión de portadores térmicos y elevar su temperatura. El calor generado se transferirá por conducción a un cristal fotónico de tungsteno con un patrón de crecimiento periódico que emitirá selectivamente un espectro de energía el cual pueda ser absorbido por una celda fotovoltaica. El cambio de temperatura de los nanotubos de carbono, además de excitar al cristal fotónico, servirá para generar una corriente eléctrica por medio del efecto foto-termiónico. La suma de la corriente foto-termiónica a la corriente fotovoltaica aumenta la eficiencia energética de la celda en un 4.8%.
Abstract
In this research, the design of a thermophotovoltaic solar cell is formulated to increase energy efficiency through a photo-thermionic emission process. The proposed cell aims to transform sunlight into electrical energy assisted by an intermediate thermal process using nanostructured materials. Vertically aligned carbon nanotubes will act as efficient absorbers of sunlight to generate thermal carrier emission and elevate their temperature. The generated heat will be transferred by conduction to a tungsten photonic crystal with a periodic growth pattern that will selectively emit an energy spectrum which can be absorbed by a photovoltaic cell. The temperature change of the carbon nanotubes, in addition to exciting the photonic crystal, will serve to generate an electric current through the photo-thermionic effect. The addition of the photo-thermionic current to the photovoltaic current increases the energy efficiency of the cell by 4.8%.
Palabras clave: cristal fotónico, emisión foto-termiónica, fotoelectricidad.
Index terms: photonic crystal, thermionic emission, photoelectricity.
ISO 690 reference:
García-Merino, José Antonio,
2024,
Diseño de absorbedor-emisor selectivo a base de nanotubos de carbono
y tungsteno para aplicaciones termo-fotovoltaicas,
Científica, vol. 28, no. 1,
ISSN 2594-2921, e280107,
DOI: 10.46842/ipn.cien.v28n1a07
