GaAs-Based Near-Field Thermophotonic Devices: Approaching The Idealized Case With One-Dimensional PN Junctions - Archive ouverte HAL
Article Dans Une Revue Solar Energy Materials and Solar Cells Année : 2022

GaAs-Based Near-Field Thermophotonic Devices: Approaching The Idealized Case With One-Dimensional PN Junctions

Julien Legendre
Centre d'Energétique et de Thermique de Lyon
CV
Pierre-Olivier Chapuis
Centre d'Energétique et de Thermique de Lyon
CV

Résumé

Thermophotonics (TPX) is a technology close to thermophotovoltaics (TPV), where a heated light-emitting diode (LED) is used as the active thermal emitter of the system. It allows to tune the heat flux, by means of electroluminescence, to a spectral range matching better the gap of a photovoltaic cell. The concept is extended to near-field thermophotonics (NF-TPX), where enhanced energy conversion is due to both electric control and wave tunneling. We perform a thorough numerical analysis of a GaAs-based NF-TPX device, by coupling a near-field radiative heat transfer solver based on fluctuational electrodynamics with an algorithm based on a simplified version of the drift-diffusion equations in 1D. This allows for the investigation of the emission and absorption profiles in the LED and the photovoltaic (PV) cell, and for the scrutiny of the impact of key parameters. We also demonstrate that the performance obtained with this algorithm can approach idealized cases for improved devices. For the considered simplified architecture and 300 K temperature difference, we find a power density output of 1 W.cm−2 , underlining the potential for waste heat harvesting close to ambient temperature.

Domaines

Optique [physics.optics]
Fichier principal
Vignette du fichier
GaAs-Based Near-Field Thermophotonic Devices.pdf (1.37 Mo) Télécharger le fichier
FIG1_Schematic.pdf (38.16 Ko) Télécharger le fichier
FIG2a_EmLED.pdf (33.93 Ko) Télécharger le fichier
FIG2b_AbsPV.pdf (32.85 Ko) Télécharger le fichier
FIG2c_EmwLED.pdf (231.64 Ko) Télécharger le fichier
FIG2d_AbswPV.pdf (275.39 Ko) Télécharger le fichier
FIG2e_AbswIn.pdf (45.18 Ko) Télécharger le fichier
FIG3a_0D_T.pdf (11.78 Ko) Télécharger le fichier
FIG3b_0D_d.pdf (24.27 Ko) Télécharger le fichier
FIG4a_FullIV.pdf (216.78 Ko) Télécharger le fichier
FIG4b_IV.pdf (25.58 Ko) Télécharger le fichier
FIG4c_SimpIV.pdf (18.92 Ko) Télécharger le fichier
FIG5_Dtau.pdf (12.06 Ko) Télécharger le fichier
FIG6a_ELED.pdf (47.54 Ko) Télécharger le fichier
FIG6b_EPV.pdf (44.27 Ko) Télécharger le fichier
FIG6c_VLED.pdf (11.47 Ko) Télécharger le fichier
FIG6d_VPV.pdf (10.23 Ko) Télécharger le fichier
FIG6e_EfLED.pdf (12.94 Ko) Télécharger le fichier
FIG6f_EfPV.pdf (11.65 Ko) Télécharger le fichier
Origine Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
Origine Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Julien Legendre  : Connectez-vous pour contacter le contributeur

https://hal.science/hal-03294468

Soumis le : mercredi 9 mars 2022-12:21:47

Dernière modification le : vendredi 7 juin 2024-15:58:16

Télécharger pour visualiser

Dates et versions

hal-03294468 , version 1 (16-08-2021)
hal-03294468 , version 2 (06-01-2022)
hal-03294468 , version 3 (09-03-2022)

Identifiants

Citer

Julien Legendre, Pierre-Olivier Chapuis. GaAs-Based Near-Field Thermophotonic Devices: Approaching The Idealized Case With One-Dimensional PN Junctions. Solar Energy Materials and Solar Cells, 2022, 238, pp.111594. ⟨10.1016/j.solmat.2022.111594⟩. ⟨hal-03294468v3⟩

Exporter

BibTeX XML-TEI Dublin Core DC Terms EndNote DataCite

Collections

CNRS UNIV-LYON1 INSA-LYON CETHIL INSA-GROUPE UDL
209 Consultations
200 Téléchargements

Altmetric

Partager

More