在过去三年中，国家可再生能源实验室 (NREL) 与安托拉能源公司和麻省理工学院 (MIT) 合作开展了两个独立的热光伏 (TPV) 技术项目。TPV 捕获热物体以红外光形式辐射的能量，并使用专门设计的光伏电池将这种辐射高效地转换为电能。
TPV 技术并不是一个新发现。在 1990 年代，NREL 进行了由现已退休的科学家 Tim Coutts 和 Mark Wanlass 领导的 TPV 研究。该研究由美国海军资助，旨在寻找军事应用的替代热源。
现在，热光伏 (TPV) 技术正在回归。NREL 在开发可塑造商业应用的创纪录效率光伏设备方面有着悠久的历史。
NREL 有创纪录且屡获殊荣的光伏技术（如太阳能电池和 TPV 电池），研究人员使用光刻工艺和多种气相外延技术进行快速的热光伏 (TPV) 制造。
热光伏 (TPV) 技术有能力发展成为适用于一系列高影响应用的设备和系统解决方案，在这些应用中，由于没有移动部件而提供的稳健性至关重要。NREL 全面推进具有突破潜力的 TPV 技术。
为了发挥这一潜力，NREL 正在帮助合作伙伴将他们的想法推向市场，并达到性能和效率的基准。Antora Energy 和 MIT 项目都实现了超过 35% 的创纪录效率，这是一个非常有竞争力的性能水平。
NREL 的团队不仅有能力展示创纪录的效率，而且还可以对实际电力硬件进行建模、测试、模拟和集成实验，以开发与电网实时协同优化的方法。在 NREL 的能源系统集成设施中，系统集成基础设施允许研究更大系统内的技术性能。
通过使用模型和分析资源来研究 TPV 设备的供应链、电力成本和未来市场部署，NREL 帮助合作伙伴预见新产品在一系列技术经济场景中的影响。
在高级研究计划署能源 (ARPA-E) 的资助和由 NREL 提供支持的壳牌 GameChanger 加速器 (GCxN) 的资助下， Antora Energy 使用 NREL 的制造设施来开发更大的 TPV 电池， 并将其技术推向商业化和电网规模能源贮存。
Antora 的技术以高温热量的形式储存能量，使用地球上丰富的固体，加热到 >1000°C 并绝缘。虽然大多数化学电池技术只能提供中等存储时间，但 Antora 可以提供数天的电力。Antora估计，该项目已在储能是成本 小于1/20个 其他常规电池的技术。
NREL 还与由机械工程系 Asegun Henry 教授领导的麻省理工学院研究小组合作，开展另一个基于热的电网储能项目，旨在最终将 TPV 技术商业化用于储能应用。
该项目的 TPV 方面也由 ARPA-E 资助，侧重于使用新型高带隙器件架构，来提高 TPV 效率并研究降低制造成本的途径。麻省理工学院项目将持续到 2022 年 2 月底。
NREL 和 MIT 开发了用于转换 >2000°C 热量的高带隙串联 TPV 电池。
这两个项目的 NREL 团队还包括 Eric Tervo、Ryan France、Kevin Schulte、Daniel Friedman、Michelle Young 和 Jeff Carapella，以及亚利桑那州立大学的博士生 Madhan Arulanandam 和他的导师 Richard King。
NREL 研究人员最近开始了 TPV 领域的其他项目。Eric Tervo 正在领导一个新的实验室定向研究与开发 (LDRD) 项目，该项目研究了当热源距离电池仅 100 nm 时低带隙 TPV 电池的性能，该距离比电池的直径小约 1,000 倍。人的头发。
NREL 主任的 Nozik 博士后研究员 Tervo 说：“在这种规模和相当大的区域内保持热源和电池之间的大温差非常具有挑战性。但这种近场 TPV 系统产生的功率密度可以明显高于更传统的 TPV 系统，这可以开辟各种各样的新应用空间。”
TPV 技术背后的研究可能会改变未来的可再生能源。NREL 正在开发材料和方法，使 TPV 能够对应用产生影响，包括从工业废热回收电力、便携式电子产品、核能安静发电和电网存储。TPV 的商业化之路正在顺利进行中。