Thermophotovoltaische Energiekonversion auf der Basis mikrostrukturierter, selektiver Infrarotemitter und Infrarot-Photovoltaikzellen

• Applicant: Professor Dr. Joachim Luther
• Subject Area: Electronic Semiconductors, Components and Circuits, Integrated Systems, Sensor Technology, Theoretical Electrical Engineering
• Term: from 2001 to 2004
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5238058

In einem thermophotovoltaischen Generator wird Wärmestrahlung direkt mit photovoltaischen Zellen in elektrische Energie umgewandelt. Die Thermophotovoltaik besitzt das Potenzial, vor allem im Kleinleistungsbereich Wärme-Elektrizitäts-Wandler zu realisieren, die sich gegenüber anderen Techniken durch höheren Wirkungsgrad und höhere Zuverlässigkeit auszeichnen. Inhalt des Projektes ist die Analyse eines neuen TPV-Konzeptes unter Verwendung eines mikrostrukturierten, IR-selektiven Wolframemitters, das auf die bislang üblichen IR-Filter zwischen Strahlungsemitter und photovoltaischem Konverter verzichtet. Ein Schwerpunkt liegt in materialwissenschaftlichen Untersuchungen zur Hochtemperaturstabilität und der Optimierung mikrostrukturierter Emitter im Hinblick auf die geplante Anwendung. Zur Vermeidung einer Oxidation der strukturierten Emitteroberfläche und einer unerwünschten Aufheizung der PV-Zellen durch konvektiven Wärmetransport bei de auftretenden hohen Emittertemperaturen von ca. 1500 K ist ein Vakuumsystem erforderlich. Die winkelselektive Infrarotoptik des Systems soll mit dem winkelabhängigen Emissionsverhalten des selektiven Emitters abgestimmt werden. Nach Klärung der grundlegenden materialwissenschaftlichen Probleme soll eine Systemoptimierung insbesondere im Hinblick auf den im Projektverlauf vorgesehenen experimentellen TPV-Aufbau erfolgen, mit dem das Prinzip verifiziert werden soll.

• DFG Programme: Research Grants