Primo dispositivo ibrido termoionico-fotovoltaico a 3 terminali

14 Aprile 2022 Pubblicazioni
Struttura del dispositivo ibrido a 3 terminali Struttura del dispositivo ibrido a 3 terminali

Pubblicato sulla rivista Advanced Energy Materials l'articolo che dimostra per la prima volta il funzionamento in condizioni operative di un dispositivo ibrido termoionico-fotovoltaico a 3 terminali per la conversione di energia termica ad alta temperatura in energia elettrica. Il convertitore è caratterizzato da un terminale comune e da una cella termofotovoltaica che funziona anche da anodo termoionico.

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In collaborazione con l'Istituto de Energia Solar (IES) dell'Universidad Politecnica de Madrid (UPM), è stato sviluppato il primo prototipo operativo di un dispositivo ibrido a 3 terminali termoionico-fotovoltaico. Grazie al lavoro svolto durante il progetto europeo AMADEUS, siamo riusciti a dimostrare con successo il funzionamento del convertitore fino a 1400 °C nei laboratori DiaTHEMA.  Il dispositivo è in grado di convertire un flusso termico in energia elettrica grazie alla produzione combinata di potenza termoionica e fotovoltaica, ovvero alla conversione di elettroni e fotoni emessi da un catodo ad alta temperatura. Nell'articolo che vede come autori di riferimento il dott. Alessandro Bellucci e il Prof. Alejandro Datas, viene analizzata la realizzazione, il principio di funzionamento e la prima dimostrazione sperimentale del dispositivo. Per la cella termofotovoltaica è stato utilizzato come materiale attivo un semiconduttore a bassa bandgap (InGaAs) in un design specificatamente ideato da IES-UPM per realizzare un griglia di elettrodi invertiti sul retro della cella, e mantenere la superficie assorbente pulita per la deposizione di un rivestimento ingegnerizzato che funzioni da collettore termoionico. Oltre alla sperimentazione ad alta temperatura, DiaTHEMA ha sviluppato rivestimenti per catodo e anodo a bassa funzione lavoro, con film sottili di ossido di scandio sul catodo di tungsteno e fluoruro di bario sulla cella termofotovoltaico. Questo lavoro rappresenta il punto di partenza per lo sviluppo di convertitori ad alta efficienza andando a migliorare sia le prestazioni degli elettrodi termoionici, che il design della cella termofotovoltaica. Questi dispositivi possono essere utilizzati per andare a convertire flussi termici attivi o esausti in diversi campi applicativi, quali siti industriali o impianti di solare a concentrazione.

Contatto: Alessandro Bellucci

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