Ideja poboljšanja tradicionalnih solarnih ćelija pretvaranjem svetlosti u toplotu, a zatim reemitovanja energije na određenim talasnim dužinama optimalno podešenim zahtevima solarne ćelije nije nova, ali je ovaj metod veoma neefikasan. Međutim, novo istraživanje na MIT-u (Masačusets institut tehnologije) koje koristi materijale nano veličine konačno pokazuje kako termofotonaponski sistemi mogu da budu konkurentni sa svojim tradicionalnim rođacima, i podare pogodnosti kao što je skladištenje solarne energije u formi toplote kako bi se odložila konverzija u električnu energiju.
Koncept termofotonaponskog sistema u teoriji prevazilazi ograničenja dve tehnike za korišćenje solarne energije. Tradicionalni sistemi solarnih ćelija reaguju samo na određene talasne dužine svetlosti, tzv. „bandgap limit“, ali korišćenje solarne energije za stvaranje toplote, kao i motora na solarnu energiju, ograničava proizvodnju na elektranu komunalne razmere.
Međutim, hibrid ove dve tehnike daje ne samo efikasniju proizvodnju enegije putem prevazilaženja „bandgap“ limita solarne ćelije, već i mogućnost za skladištenje i prenos energije čuvanjem toplote. Ali, nažalost prošli eksperimenti su samo dali efikasnost od jedan odsto, dok tradicionalne solarne ćeliije mogu da dostignu efikasnost od 20 odsto.
Korišćenjem nanomaterijala, tim sa MIT-a je razvio termofotonaponski sistem koji prevazilazi ranije niske efikasnosti i teži višem stepenu efikasnosti u budućnosti jednostavnim skaliranjem njihovog sistema.
U njihovom dizajnu, višezidni sloj od ugljeničnih nanocevi apsorbuje energiju iz sunca i pretvara ga u toplotu, i jednodimenzionalni fotonski kristal na bazi silikona se zagreva i emituje energiju na talasnoj dužini svetlosti podeženoj na „bandgap“ opseg solarne ćelije - baš kao i gvožđe koje kada se zagreje svetli u crvenoj talasnoj dužini.
Oni su prijavili efikasnost od 3,2 odsto sa ovim novim materijalima, što je svakako niska efikasnost u poređenju sa tradicionalnim fotonaponskim ćelijama. Ali samim skaliranjem (povećanjem) njihovih postojećih materijala, tim očekuje da dostignu efikasnost od 20 odsto, što postaje uporedivo sa tradicionalnim sistemima.
Na primer, sloj apsorbera-emitera koji su oni koristili je bio samo 1cm u prečniku, a u takvim malim veličinima on je više sklon gubitku toplote nego što bi veća površina bila zbog većeg odnosa površina i zapremine. Veći apsorber-emiter bi zadržao više toplote koja bi se emitovala u solarnu ćeliju.
Šokli-Kvizer (Shockley-Quiesser) „bandgap“ limit je 33,7 odsto za tradicionalne jednoslojne solarne ćelije, a sa silicijumskim sistemom teoretski ima efikasnost od 29 odsto, mada je u praksi ta efikasnost mnogo manja.
Sa poboljšanjem termofotonaponskog sistema, generisanje solarne energije će imati koristi na više načina. Toplotna energija može da se skladišti u toku dana kako bi napajala solarne ćelije u udaljenim mestima ili da proizvodi struju noću, dok postojeće komponente solarne ćelije mogu odmah postati efikasnije uz pomoć jednog od ovih termalnih uređaja.
U 2011. godini smo videli prototip nalik bateriji iz iste laboratorije na MIT-u, koja je koristila fotonaponske ćelije sa toplotnim izvorom za generisanje efikasne električne energije u odsustvu sunca.
Istraživanje je nedavno objavljeno u časopisu Nature Nanotechnology.
U video snimku ispod, istraživači sa MIT-a objašnjavaju proces i očekivanja od svog istraživanja (napomena: video snimak je na engleskom jeziku):
