थर्मोफोटोवोल्टिक

थर्मोफोटोवोल्टिक (Thermophotovoltaic टीपीवी) ऊर्जा रूपांतरण फोटॉन के माध्यम से गर्मी से विद्युत तक सीधी रूपांतरण प्रक्रिया है। एक मूल थर्मोफोटोवोल्टिक प्रणाली में थर्मल एमिटर और एक फोटोवोल्टिक डायोड सेल होता है।

थर्मल एमिटर का तापमान विभिन्न प्रणालियों के बीच लगभग 900 डिग्री सेल्सियस से लगभग 1300 डिग्री सेल्सियस तक भिन्न होता है, हालांकि सिद्धांत रूप में टीपीवी डिवाइस फोटोवोल्टिक डिवाइस (ऑप्टिकल ताप इंजन बनाने) के ऊपर ऊंचे तापमान वाले किसी भी उत्सर्जक से ऊर्जा निकाल सकते हैं। उत्सर्जक ठोस सामग्री का एक टुकड़ा हो सकता है या विशेष रूप से इंजीनियर संरचना। थर्मल उत्सर्जन सामग्री में शुल्कों की थर्मल गति के कारण फोटॉनों का सहज उत्सर्जन होता है। इन टीपीवी तापमान के लिए, यह विकिरण अधिकतर इन्फ्रारेड और इन्फ्रारेड आवृत्तियों पर होता है।फोटोवोल्टिक डायोड इन विकिरणित फोटॉनों में से कुछ को अवशोषित करते हैं और उन्हें बिजली में परिवर्तित करते हैं।

थर्माफोटोवोल्टिक सिस्टम में कुछ हिलने वाले हिस्सों में कुछ नहीं होते हैं और इसलिए शांत होते हैं और उन्हें कम रखरखाव की आवश्यकता होती है। ये गुण रिमोट साइट और पोर्टेबल बिजली उत्पन्न करने वाले अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त थर्मोफोटोवोल्टिक सिस्टम बनाते हैं। हालांकि, उनकी दक्षता-लागत गुण अन्य बिजली उत्पादन प्रौद्योगिकियों की तुलना में अक्सर खराब होते हैं। इस क्षेत्र में वर्तमान शोध का उद्देश्य सिस्टम लागत को कम रखते हुए सिस्टम की क्षमता में वृद्धि करना है।

टीपीवी सिस्टम आमतौर पर फोटोवोल्टिक सेल की सबसे कुशल अवशोषण विशेषताओं के साथ थर्मल उत्सर्जन (तरंग दैर्ध्य, ध्रुवीकरण, दिशा) के ऑप्टिकल गुणों से मेल खाते हैं, क्योंकि अनवरोधित थर्मल उत्सर्जन अक्षमता का एक प्रमुख स्रोत है। अधिकांश समूह गैलियम एंटीमोनाइड (GaSb) कोशिकाओं पर ध्यान केंद्रित करते हैं। जर्मेनियम (जीई) भी उपयुक्त है। उत्सर्जन के गुणों को नियंत्रित करने के लिए बहुत अधिक अनुसंधान और विकास चिंताओं के तरीके।

टीपीवी कोशिकाओं को अन्य बिजली उत्पादन प्रणालियों, जैसे भाप टरबाइन सिस्टम या सौर कोशिकाओं में अन्यथा खोई गई गर्मी को पकड़ने के लिए सहायक बिजली रूपांतरण उपकरणों के रूप में प्रस्तावित किया गया है।

एक प्रोटोटाइप टीपीवी हाइब्रिड कार का निर्माण किया गया था, “वाइकिंग 2 9” (टीपीवी) संचालित ऑटोमोबाइल, जिसे पश्चिमी वाशिंगटन विश्वविद्यालय में वाहन अनुसंधान संस्थान (वीआरआई) द्वारा डिजाइन और बनाया गया था।

टीपीवी अनुसंधान एक सक्रिय क्षेत्र है। दूसरों के अलावा, ह्यूस्टन विश्वविद्यालय टीपीवी रेडियोसोटॉप पावर कनवर्ज़न टेक्नोलॉजी विकास प्रयास थर्मोफोटोवोल्टिक सेल को थर्माकोउल्स के साथ गठबंधन करने का प्रयास कर रहा है ताकि मौजूदा रेडियोसोटॉप थर्मोइलेक्ट्रिक जेनरेटर पर सिस्टम दक्षता में 3 से 4 गुना सुधार प्रदान किया जा सके।

इतिहास
हेनरी कोल्म ने 1 9 56 में एमआईटी में एक प्राथमिक टीपीवी प्रणाली का निर्माण किया था। हालांकि, पियरे एग्रेन को 1 9 60-19 61 के बीच एमआईटी में दिए गए व्याख्यान की सामग्री के आधार पर आविष्कार के रूप में व्यापक रूप से उद्धृत किया गया है, जो कोल्म के सिस्टम के विपरीत अनुसंधान और विकास का कारण बनता है।

पृष्ठभूमि
थर्माफोटोवोल्टिक्स (टीपीवी) बिजली उत्पादन प्रणाली का एक वर्ग है जो थर्मल ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। उनमें कम से कम एक एमिटर और एक फोटोवोल्टिक पावर कनवर्टर होता है। अधिकांश टीपीवी प्रणालियों में सांद्रता, फिल्टर और परावर्तक जैसे अतिरिक्त घटक शामिल होते हैं।

मूलभूत सिद्धांत पारंपरिक फोटोवोल्टिक्स (पीवी) के समान है जहां एक पीएन जंक्शन का उपयोग ऑप्टिकल ऊर्जा को अवशोषित करने, इलेक्ट्रॉन / छेद जोड़े उत्पन्न करने और अलग करने के लिए किया जाता है, और ऐसा करने से ऊर्जा में बिजली को परिवर्तित किया जाता है। अंतर यह है कि ऑप्टिकल ऊर्जा सीधे सूर्य द्वारा उत्पन्न नहीं होती है, बल्कि इसके बजाय उच्च तापमान (एमिटर कहा जाता है) पर एक सामग्री द्वारा, जिससे यह प्रकाश उत्सर्जित कर देता है। इस तरह थर्मल ऊर्जा विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है।

उत्सर्जक सूरज की रोशनी या अन्य तकनीकों द्वारा गरम किया जा सकता है। इस अर्थ में, टीपीवी संभावित ईंधन में बहुमुखी प्रतिभा प्रदान करते हैं। सौर टीपीवी के मामले में, कुशल संचालन के लिए उचित तापमान प्रदान करने के लिए बड़े सांद्रता की आवश्यकता होती है।

सुधार एक तरंगदैर्ध्य रेंज में उत्सर्जन बनाने के लिए फिल्टर या चुनिंदा उत्सर्जकों का लाभ ले सकते हैं जो एक विशिष्ट फोटोवोल्टिक (पीवी) कनवर्टर के लिए अनुकूलित है। इस तरह टीपीवी पारंपरिक पीवी के लिए एक मौलिक चुनौती को दूर कर सकते हैं, जिससे पूरे सौर स्पेक्ट्रम का कुशल उपयोग किया जा सके। ब्लैक बॉडी एमिटर के लिए, कनवर्टर के बैंडगैप से कम ऊर्जा वाले फोटॉन अवशोषित नहीं किए जा सकते हैं और या तो सेल पर दिखाई देते हैं या गुम हो जाते हैं या गुजरते हैं। बैंडगैप के ऊपर ऊर्जा वाले फोटोन अवशोषित किए जा सकते हैं, लेकिन अतिरिक्त ऊर्जा, {\ displaystyle \ डेल्टा जी = ई_ {फोटॉन} -E_ {जी}} \ डेल्टा जी = ई_ {फोटॉन} – ई_ {जी}, फिर से खो गया है, सेल में अवांछित हीटिंग उत्पन्न करना। टीपीवी के मामले में, इसी तरह के मुद्दे मौजूद हो सकते हैं, लेकिन चुनिंदा उत्सर्जकों (एक विशिष्ट तरंगदैर्ध्य रेंज पर उत्सर्जन), या ऑप्टिकल फिल्टर जो केवल तरंगदैर्ध्य की एक संकीर्ण सीमा को पार करते हैं और अन्य सभी को प्रतिबिंबित करते हैं, का उपयोग उत्सर्जन स्पेक्ट्रा उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है जिसे पीवी डिवाइस द्वारा अनुकूलित रूप से परिवर्तित किया जा सकता है।

दक्षता को अधिकतम करने के लिए, सभी फोटॉनों को परिवर्तित किया जाना चाहिए। एक प्रक्रिया जिसे प्रायः फोटॉन रीसाइक्लिंग कहा जाता है, इसका उपयोग करने के लिए किया जा सकता है। प्रतिबिंबकों को कनवर्टर के पीछे और सिस्टम में कहीं और रखा जाता है कि फोटॉन को कलेक्टर को कुशलतापूर्वक निर्देशित नहीं किया जा सकता है। इन फोटॉनों को वापस सांद्रता के लिए निर्देशित किया जाता है जहां उन्हें परिवर्तित किया जा सकता है, या फिर एमिटर पर वापस किया जा सकता है, जहां उन्हें गर्मी और अतिरिक्त फोटोन उत्पन्न करने के लिए पुन: स्थापित किया जा सकता है।एक इष्टतम टीपीवी प्रणाली सभी फोटॉनों को बिजली में बदलने के लिए फोटॉन रीसाइक्लिंग और चुनिंदा उत्सर्जन का उपयोग करेगी।

दक्षता
टीपीवी में दक्षता के लिए ऊपरी सीमा (और सभी प्रणालियों जो गर्मी ऊर्जा को काम में परिवर्तित करती हैं) आदर्श गर्मी इंजन की कार्नाट दक्षता है। यह दक्षता इनके द्वारा दी गई है:

जहां टीसेल पीवी कनवर्टर का तापमान है। व्यावहारिक प्रणाली में सर्वोत्तम उचित मूल्यों के लिए, Tcell ~ 300K और Temit ~ 1800, अधिकतम ~ 83% की दक्षता प्रदान करते हैं। यह सीमा सिस्टम दक्षता के लिए ऊपरी सीमा निर्धारित करती है। 83% दक्षता पर, सभी गर्मी ऊर्जा को उत्सर्जक द्वारा विकिरण में परिवर्तित किया जाता है जिसे पीवी द्वारा विद्युत ऊर्जा में हानि के बिना परिवर्तित किया जाता है, जैसे थर्मलाइजेशन या जौल हीटिंग। अधिकतम दक्षता कोई एंट्रॉपी परिवर्तन नहीं मानती है, जो केवल तभी संभव है जब एमिटर और सेल एक ही तापमान पर हों। अधिक सटीक मॉडल काफी जटिल हैं।

emitters
सही अवशोषण और सही काले शरीर के व्यवहार से विचलन हल्के नुकसान का कारण बनता है। चुनिंदा उत्सर्जकों के लिए, तरंगदैर्ध्य पर उत्सर्जित कोई भी प्रकाश फोटोवोल्टिक की बैंडगैप ऊर्जा से मेल नहीं खाया जा सकता है (ऊपर चर्चा किए गए कारणों के लिए) और कम दक्षता की ओर जाता है। विशेष रूप से, गोन इन्फ्रारेड में तरंग दैर्ध्य के लिए बचने के लिए फोनन अनुनाद से जुड़े उत्सर्जन मुश्किल होते हैं, जिन्हें व्यावहारिक रूप से परिवर्तित नहीं किया जा सकता है।आदर्श emitters कोई इन्फ्रारेड उत्पादन नहीं करते हैं।

फिल्टर
ब्लैक बॉडी एमिटर या अपूर्ण चुनिंदा उत्सर्जकों के लिए, फ़िल्टर गैर-आदर्श तरंग दैर्ध्य को उत्सर्जक को वापस प्रतिबिंबित करते हैं। ये फ़िल्टर अपूर्ण हैं। अवशोषित या बिखरे हुए किसी भी प्रकाश और एमिटर या कनवर्टर पर रीडायरेक्ट नहीं किया जाता है, आमतौर पर गर्मी के रूप में खो जाता है। इसके विपरीत, व्यावहारिक फ़िल्टर अक्सर वांछित तरंगदैर्ध्य रेंज में प्रकाश का एक छोटा प्रतिशत प्रतिबिंबित करते हैं। दोनों अक्षमता हैं।

कन्वर्टर्स
यहां तक ​​कि उन प्रणालियों के लिए जहां कनवर्टर को इष्टतम तरंगदैर्ध्य का प्रकाश दिया जाता है, गैर-रेडिएटिव पुनर्संरचना और ओमिक नुकसान से जुड़ी अक्षमता मौजूद होती है। चूंकि ये नुकसान सेल पर प्रकाश तीव्रता घटना पर निर्भर हो सकते हैं, इसलिए वास्तविक प्रणालियों को शर्तों के एक निर्धारित सेट (एमिटर सामग्री, फ़िल्टर, ऑपरेटिंग तापमान) द्वारा उत्पादित तीव्रता पर विचार करना चाहिए।

ज्यामिति
एक आदर्श प्रणाली में, उत्सर्जक कन्वर्टर्स से घिरा होगा ताकि कोई प्रकाश गुम हो जाए। हालांकि, यथार्थ रूप से, ज्यामिति को उत्सर्जन को गर्म करने के लिए उपयोग की जाने वाली इनपुट ऊर्जा (ईंधन इंजेक्शन या इनपुट लाइट) को समायोजित करना होगा। इसके अतिरिक्त, लागत हर जगह कनवर्टर्स की नियुक्ति को प्रतिबंधित करती है। जब उत्सर्जक प्रकाश को याद करता है, तो कुछ भी जो कनवर्टर्स की यात्रा नहीं करता है, खो जाता है। इस प्रकाश में से कुछ को एमिटर पर रीडायरेक्ट करने के लिए दर्पण का उपयोग किया जा सकता है; हालांकि, दर्पणों का अपना नुकसान हो सकता है।

श्याम पिंडों से उत्पन्न विकिरण
ब्लैक बॉडी एमिटर के लिए जहां फोटॉन पुनर्संरचना फ़िल्टर के माध्यम से हासिल की जाती है, प्लैंक के कानून में कहा गया है कि एक काला शरीर एक स्पेक्ट्रम के साथ प्रकाश उत्सर्जित करता है:

जहां मैं 1 / एम 3 / एस की इकाइयों में दिए गए एक विशिष्ट तरंग दैर्ध्य, λ के प्रकाश का प्रवाह है। एच प्लैंक की स्थिरता है, के बोल्टज़मान की स्थिरता है, सी प्रकाश की गति है, और टिमिट उत्सर्जक तापमान है। इस प्रकार, एक विशिष्ट सीमा में तरंग दैर्ध्य के साथ प्रकाश प्रवाह सीमा से एकीकृत करके पाया जा सकता है। चोटी तरंगदैर्ध्य तापमान द्वारा निर्धारित किया जाता है, वियत के विस्थापन कानून के आधार पर टिमिट:

जहां बी वियन का विस्थापन निरंतर है। अधिकांश सामग्रियों के लिए, अधिकतम तापमान एक उत्सर्जन लगभग 1800 डिग्री सेल्सियस पर संचालित हो सकता है। यह एक तीव्रता से मेल खाता है जो λ ~ 1600 एनएम या ~ 0.75 ईवी की ऊर्जा पर चोटी करता है। 1200 डिग्री सेल्सियस के अधिक उचित परिचालन तापमान के लिए, यह ~ 0.5 ईवी तक गिर जाता है। ये ऊर्जा व्यावहारिक टीपीवी कन्वर्टर्स के लिए आवश्यक बैंडगैप्स की सीमा को निर्देशित करती हैं (हालांकि शीर्ष वर्णक्रमीय शक्ति थोड़ा अधिक है)। पारंपरिक पीवी सामग्री जैसे कि सी (1.1 ईवी) और GaAs (1.4 ईवी) टीपीवी सिस्टम के लिए काफी कम व्यावहारिक हैं, क्योंकि यथार्थवादी तापमान पर उत्सर्जकों के लिए इन ऊर्जायों में ब्लैक बॉडी स्पेक्ट्रम की तीव्रता बहुत कम है।

सक्रिय घटक और सामग्री चयन
emitters
टीपीवी रेडिएटर चुनने के लिए क्षमता, तापमान प्रतिरोध और लागत तीन प्रमुख कारक हैं। दक्षता कुल आने वाली विकिरण के सापेक्ष ऊर्जा अवशोषित ऊर्जा द्वारा निर्धारित की जाती है। उच्च तापमान संचालन एक महत्वपूर्ण कारक है क्योंकि ऑपरेटिंग तापमान के साथ दक्षता बढ़ जाती है। चूंकि उत्सर्जक तापमान बढ़ता है, काले शरीर विकिरण छोटे तरंग दैर्ध्य में बदल जाता है, जिससे फोटोवोल्टिक कोशिकाओं द्वारा अधिक कुशल अवशोषण की अनुमति मिलती है। लागत एक और प्रमुख व्यावसायीकरण मुद्दा है।

पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन कार्बाइड
पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन कार्बाइड (सीआईसी) बर्नर टीपीवी के लिए सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला उत्सर्जक है। SiC ~ 1700 डिग्री सेल्सियस के लिए तापीय स्थिर है। हालांकि, सीआईसी लंबी तरंगदैर्ध्य व्यवस्था में अपनी अधिकांश ऊर्जा को विकिरणित करती है, यहां तक ​​कि संकुचित बैंडगैप फोटोवोल्टिक की तुलना में ऊर्जा में बहुत कम है। यह विकिरण विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित नहीं होता है। हालांकि, पीवी के सामने चुनिंदा फिल्टर को गैर-अवशोषित करना, या पीवी के पीछे की ओर जमा किए गए दर्पण का उपयोग लंबे तरंगदैर्ध्य को उत्सर्जक को वापस प्रतिबिंबित करने के लिए किया जा सकता है, जिससे अपरिवर्तित ऊर्जा को रीसाइक्लिंग किया जा सकता है। इसके अलावा, polycrystalline SiC निर्माण करने के लिए सस्ता है।

टंगस्टन
अपवर्तक धातुओं को बर्नर टीपीवी के लिए चुनिंदा उत्सर्जक के रूप में उपयोग किया जा सकता है। टंगस्टन सबसे आम पसंद है। यह 0.45 से 0.47 की दृश्यमान और नज़दीकी आईआर रेंज में उच्च उत्सर्जन है और आईआर क्षेत्र में 0.1 से 0.2 की कम उत्सर्जन है। उत्सर्जक आमतौर पर एक सीलबंद तल के साथ एक सिलेंडर के आकार में होता है, जिसे एक गुहा माना जा सकता है। एमिटर सीआईसी जैसे थर्मल अवशोषक के पीछे से जुड़ा हुआ है और उसी तापमान को बनाए रखता है। उत्सर्जन दृश्यमान और नज़दीकी आईआर रेंज में होता है, जिसे आसानी से पीवी द्वारा विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित किया जा सकता है।

दुर्लभ पृथ्वी ऑक्साइड
दुर्लभ-पृथ्वी ऑक्साइड जैसे कि यटरबियम ऑक्साइड (वाईबी 2 ओ 3) और एर्बियम ऑक्साइड (एआर 2 ओ 3) टीपीवी के लिए सबसे अधिक इस्तेमाल किए जाने वाले चुनिंदा उत्सर्जक हैं। ये ऑक्साइड निकट-अवरक्त क्षेत्र में तरंग दैर्ध्य के एक संकीर्ण बैंड को उत्सर्जित करते हैं, जिससे उत्सर्जन स्पेक्ट्रा को सिलाई एक विशेष पीवी सेल की अवशोषण विशेषताओं को बेहतर ढंग से फिट करने की अनुमति देता है। उत्सर्जन स्पेक्ट्रम की चोटी Y22O3 के लिए 1.2 9 ईवी और Er2O3 के लिए 0.827 ईवी पर होती है। नतीजतन, Yb2O3 को GaSb या InGaAs के लिए सी पीवी कोशिकाओं और Er2O3 के लिए एक चुनिंदा एमिटर का उपयोग किया जा सकता है। हालांकि, उत्सर्जन चोटियों और अवशोषक के बैंड अंतराल के बीच मामूली विसंगति के परिणामस्वरूप दक्षता का एक महत्वपूर्ण नुकसान होता है। चुनिंदा उत्सर्जन केवल 1100 डिग्री सेल्सियस पर महत्वपूर्ण हो जाता है और प्रति प्लैंक के कानून के तापमान के साथ बढ़ता है। 1700 डिग्री सेल्सियस से नीचे ऑपरेटिंग तापमान पर, दुर्लभ-पृथ्वी ऑक्साइड का चुनिंदा उत्सर्जन काफी कम है, जिसके परिणामस्वरूप दक्षता में और कमी आती है। वर्तमान में, वाईबी 2 ओ 3 और सिलिकॉन पीवी कोशिकाओं के साथ 13% दक्षता हासिल की गई है। सामान्य चुनिंदा उत्सर्जकों में सीमित सफलता मिली है। अक्सर पीवी के बैंडगैप से मेल खाने वाले तरंगदैर्ध्य को पार करने के लिए ब्लैक बॉडी एमिटर के साथ फिल्टर का उपयोग किया जाता है और विचित्र तरंग दैर्ध्य को उत्सर्जक को वापस प्रतिबिंबित करता है।

फोटोनिक क्रिस्टल
फोटोनिक क्रिस्टल आवधिक सामग्रियों का एक वर्ग है जो विद्युत चुम्बकीय तरंग गुणों के सटीक नियंत्रण की अनुमति देता है। ये सामग्री फोटोनिक बैंडगैप (पीबीजी) को जन्म देती हैं। पीबीजी की वर्णक्रमीय सीमा में, विद्युत चुम्बकीय तरंगें प्रचार नहीं कर सकती हैं। इन सामग्रियों की इंजीनियरिंग चुनिंदा उत्सर्जकों के अधिक प्रभावी डिजाइन के लिए अनुमति देने, उनके उत्सर्जन और अवशोषण गुणों को तैयार करने की कुछ क्षमता की अनुमति देती है। काले शरीर की चोटी (व्यावहारिक टीपीवी तापमान के लिए) की तुलना में उच्च ऊर्जा पर चोटियों के साथ चुनिंदा उत्सर्जक व्यापक बैंडगैप कन्वर्टर्स की अनुमति देते हैं। ये कन्वर्टर्स परंपरागत रूप से सस्ता और कम तापमान संवेदनशील होते हैं। सैंडिया लैब्स के शोधकर्ताओं ने उच्च दक्षता का प्रदर्शन किया (पीबीजी चुनिंदा उत्सर्जक से उत्सर्जित प्रकाश का 34% बिजली में परिवर्तित किया जा सकता है) टंगस्टन फोटोनिक क्रिस्टल का उपयोग कर टीपीवी उत्सर्जक। हालांकि, इन उपकरणों का निर्माण मुश्किल है और व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य नहीं है।

फोटोवोल्टिक कोशिकाओं
सिलिकॉन
सीपीवी के उपयोग पर ध्यान केंद्रित टीपीवी में शुरुआती काम। सिलिकॉन की वाणिज्यिक उपलब्धता, बेहद कम लागत, मापनीयता और निर्माण की आसानी इस सामग्री को एक आकर्षक उम्मीदवार बनाती है। हालांकि, सी (1.1eV) का अपेक्षाकृत विस्तृत बैंडगैप कम ऑपरेटिंग तापमान पर ब्लैक बॉडी एमिटर के उपयोग के लिए आदर्श नहीं है। प्लैंक के कानून का उपयोग करके गणना, जो तापमान के एक समारोह के रूप में ब्लैक बॉडी स्पेक्ट्रम का वर्णन करती है, इंगित करती है कि सी पीवी केवल 2000 के मुकाबले तापमान पर संभव हो सकती है। कोई उत्सर्जन नहीं दिखाया गया है जो इन तापमानों पर काम कर सकता है। इन इंजीनियरिंग कठिनाइयों के कारण निचले बैंडगैप सेमीकंडक्टर पीवी की खोज हुई।

सी पीवी के साथ चुनिंदा रेडिएटर का उपयोग करना अभी भी एक संभावना है। चुनिंदा रेडिएटर उच्च और निम्न ऊर्जा फोटॉनों को खत्म कर देगा, जिससे उत्पन्न गर्मी कम हो जाएगी। आदर्श रूप से, चुनिंदा रेडिएटर पीवी कनवर्टर के बैंड किनारे से परे विकिरण उत्सर्जित नहीं करेंगे, रूपांतरण क्षमता में उल्लेखनीय वृद्धि होगी। Si PVs का उपयोग करके कोई कुशल टीपीवी महसूस नहीं किया गया है।

जर्मेनियम
जर्मेनियम (जीई) पर केंद्रित कम बैंडगैप सेमीकंडक्टर्स में शुरुआती जांच। जीई में 0.66 ईवी का बैंडगैप है, जो आने वाले विकिरण के बहुत अधिक अंश के रूपांतरण की अनुमति देता है। हालांकि, जीई के बेहद उच्च प्रभावी इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान के कारण खराब प्रदर्शन देखा गया था। III-V अर्धचालक की तुलना में, जीई का उच्च इलेक्ट्रॉन प्रभावी द्रव्यमान चालन बैंड में राज्यों की उच्च घनत्व और इसलिए एक उच्च आंतरिक वाहक एकाग्रता की ओर जाता है। नतीजतन, जीई डायोड्स में “अंधेरा” प्रवाह तेजी से क्षीण हो रहा है और इसलिए, कम खुली सर्किट वोल्टेज है। इसके अलावा, जर्मेनियम की सतह निष्क्रियता बेहद मुश्किल साबित हुई है।

गैलियम एंटीमोनाइड
1 9 8 9 में आविष्कार गैलियम एंटीमोनाइड (GaSb) पीवी सेल, आधुनिक टीपीवी सिस्टम में अधिकांश पीवी कोशिकाओं का आधार है। GaSb जस्ता मिश्रित क्रिस्टल संरचना के साथ एक III-V अर्धचालक है। 0.72 ईवी के संकीर्ण बैंडगैप के कारण GaSb सेल एक महत्वपूर्ण विकास है। यह GaSb को सिलिकॉन सौर सेल की तुलना में लंबे तरंगदैर्ध्य पर प्रकाश का जवाब देने की अनुमति देता है, जिससे मानव निर्मित उत्सर्जन स्रोतों के संयोजन में उच्च शक्ति घनत्व सक्षम होता है।35% दक्षता वाला एक सौर सेल गाया और GaSb के साथ एक बिलायर पीवी का उपयोग करके सौर सेल दक्षता रिकॉर्ड स्थापित किया गया था।

एक GaSb पीवी सेल विनिर्माण काफी सरल है। Czochralski Te-doped एन-प्रकार GaSb वेफर्स व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं। वाष्प-आधारित जेएन प्रसार पी-प्रकार डोपिंग के लिए अनुमति देने के लिए उच्च तापमान ~ 450 डिग्री सेल्सियस पर किया जाता है। फ्रंट और बैक इलेक्ट्रिकल संपर्क पारंपरिक फोटोलिथोग्राफी तकनीकों का उपयोग करके पैटर्न किए जाते हैं और एंटी-रिफ्लेक्टिव कोटिंग जमा की जाती है। 1000 डिग्री सेल्सियस ब्लैक बॉडी स्पेक्ट्रम का उपयोग करके वर्तमान क्षमता ~ 20% पर अनुमानित है। इस सेटअप में GaSb सेल की दक्षता के लिए विकिरण सीमा 52% है, इसलिए विशाल सुधार अभी भी किए जा सकते हैं।

इंडियम गैलियम आर्सेनाइड एंटीमोनाइड
इंडियम गैलियम आर्सेनाइड एंटीमोनाइड (इनगाएएसएसबी) एक यौगिक III-V अर्धचालक है। (InxGa1-xAsySb1-y) GaA के अतिरिक्त एक संकुचित बैंडगैप (0.5 से 0.6 ईवी) के लिए अनुमति देता है, और इसलिए लंबे तरंग दैर्ध्य के बेहतर अवशोषण। विशेष रूप से, बैंडगैप को 0.55 ईवी तक इंजीनियर किया गया था। इस बैंडगैप के साथ, यौगिक ने 1100 डिग्री सेल्सियस पर काले शरीर के लिए 65% के भरने वाले कारक के साथ 79% की फोटोन-भारित आंतरिक क्वांटम दक्षता हासिल की। यह organometallic वाष्प चरण epitaxy (ओएमवीपीई) द्वारा GaSb सब्सट्रेट पर उगाए गए डिवाइस के लिए था। उपकरणों आणविक बीम epitaxy (एमबीई) और तरल चरण epitaxy (एलपीई) द्वारा उगाया गया है। इन उपकरणों की आंतरिक क्वांटम क्षमता (आईक्यूई) 90% तक पहुंच रही है, जबकि अन्य दो तकनीकों द्वारा उगाए गए डिवाइस 95% से अधिक हैं। InGaAsSb कोशिकाओं के साथ सबसे बड़ी समस्या चरण अलगाव है। पूरे डिवाइस में रचनात्मक असंगतताएं इसके प्रदर्शन को कम कर देती हैं। जब चरण अलगाव से बचा जा सकता है, IGEAsbb और fillg कारक भरने के कारक बैंडगैप ऊर्जा के पास तरंगदैर्ध्य श्रेणियों में सैद्धांतिक सीमा तक पहुंचते हैं। हालांकि, Voc / Eg अनुपात आदर्श से बहुत दूर है। InGaAsSb पीवी बनाने के लिए मौजूदा विधियां महंगा हैं और वाणिज्यिक रूप से व्यवहार्य नहीं हैं।

इंडियम गैलियम आर्सेनाइड
इंडियम गैलियम आर्सेनाइड (आईएनजीएएस) एक यौगिक III-V अर्धचालक है। इसे टीपीवी में उपयोग के दो तरीकों से लागू किया जा सकता है। जब एक आईएनपी सब्सट्रेट से जाली-मिलान किया जाता है, तो इंगाएएस में 0.74 ईवी का बैंडगैप होता है, जो GaSb से बेहतर नहीं होता है। इस विन्यास के उपकरण 69% के एक पूरक कारक और 15% की दक्षता के साथ उत्पादित किए गए हैं। हालांकि, उच्च तरंगदैर्ध्य फोटॉन को अवशोषित करने के लिए, बैंडगैप को इन-गा के अनुपात को बदलकर इंजीनियर किया जा सकता है। इस प्रणाली के लिए बैंडगैप्स की सीमा 0.4 से 1.4 ईवी तक है।हालांकि, इन विभिन्न संरचनाओं में आईएनपी सब्सट्रेट के साथ तनाव पैदा होता है। इन्हें विभिन्न रचनाओं के साथ इंगाए के वर्गीकृत परतों के साथ नियंत्रित किया जा सकता है। यह एमबीई द्वारा उगाए गए 68% की क्वांटम दक्षता और 68% का भरने वाला कारक के साथ डिवाइस के विकास के लिए किया गया था। इस डिवाइस में यौगिक In0.68Ga0.33As में प्राप्त 0.55 ईवी का बैंडगैप था। एन एक अच्छी तरह से विकसित सामग्री होने का लाभ है। आईजीएए को जाली के साथ पूरी तरह से जाली मैच में बनाया जा सकता है जिसके परिणामस्वरूप कम दोष घनत्व होता है। एक सब्सट्रेट के रूप में जीई अधिक महंगा या कठिन उत्पादन करने वाले सबस्ट्रेट्स पर एक महत्वपूर्ण लाभ है।

इंडियम फॉस्फाइड आर्सेनाइड एंटीमोनाइड
इनपीएसएसबी क्वाटरनेरी मिश्र धातु ओएमवीपीई और एलपीई दोनों द्वारा उगाया गया है। जब जाली से मिलान किया जाता है, तो इसमें 0.3-0.55 ईवी की सीमा में बैंडगैप होता है। ऐसे कम बैंड अंतर वाले टीपीवी सिस्टम के लाभों का गहराई से अध्ययन नहीं किया गया है। इसलिए, इनपीएसएसबी को शामिल करने वाले कोशिकाओं को अनुकूलित नहीं किया गया है और अभी तक प्रतिस्पर्धी प्रदर्शन नहीं है। अध्ययन किए गए आईएनपीएसएसबी सेल से सबसे लंबी वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया 3 माइक्रोन पर अधिकतम प्रतिक्रिया के साथ 4.3 माइक्रोन था। हालांकि यह एक आशाजनक सामग्री है, यह अभी तक विकसित नहीं हुआ है। इस और अन्य लो-बैंडगैप सामग्रियों के लिए, लंबे तरंग दैर्ध्य के लिए उच्च IQE ऑगर पुनर्संरचना में वृद्धि के कारण हासिल करना मुश्किल है।

थर्माफोटोवोल्टिक कोशिकाओं के लिए सामग्री
थर्मोफोटोवोल्टिक अनुप्रयोग में प्रभावी होने के लिए, एक अर्धचालक पदार्थ को ऊपर से जितना संभव हो सके बैंड अंतराल से चिह्नित किया जाना चाहिए। सामान्य मूल्य कैडमियम टेल्यराइड के लिए 1.44 ईवी, गैलियम आर्सेनाइड के लिए 1.424 ईवी, या सिलिकॉन के लिए 1.1 ईवी, जो बहुत अधिक है क्योंकि इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रम का बहुमत इस प्रकार की सामग्रियों द्वारा बिजली में रूपांतरण से बच निकलता है। इन्फ्रारेड तरंगदैर्ध्य के पर्याप्त अंश को कवर करने के लिए आधा-कम मूल्यों की आवश्यकता होगी।

जीई कोशिकाएं
जर्मेनियम में केवल 0.66 ईवी का बैंड अंतर है, इसलिए यह संभव थर्मोफोटोवोल्टिक अनुप्रयोगों पर बहुत प्रारंभिक अध्ययन था। दुर्भाग्य से इस सामग्री में इलेक्ट्रॉनों के बहुत ही प्रभावशाली द्रव्यमान और अंधेरे प्रवाह की वजह से इसके वादे नहीं रखा गया है जो घटक के आउटपुट वोल्टेज को काफी कम करता है। इसके अलावा, यह जर्मेनियम की सतह को निष्क्रिय करने में बहुत मुश्किल साबित हुआ है, जो इस सामग्री में औद्योगिक रूप से उत्पादन थर्मोफोटोवोल्टिक कोशिकाओं के एक दिन की संभावना से काफी समझौता करता है।

GaSb कोशिकाओं
गैलियम एंटीमोनाइड GaSb का उपयोग थर्मोफोटोवोल्टिक कोशिकाओं 3 प्राप्त करने के लिए 1 9 8 9 में किया गया था और अभी भी क्षेत्र में संदर्भ बना हुआ है। GaSb जस्ता-मिश्रित क्रिस्टलीय संरचना का एक III-V अर्धचालक है जो थर्मोफोटोवोल्टिक डोमेन में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है क्योंकि इसकी बैंडगैप चौड़ाई केवल 0.72 ईवी है, जो इसे सामान्य फोटोवोल्टिक घटकों की तुलना में फोटॉनों को कम ऊर्जावान पर कब्जा करने की अनुमति देती है। इससे 1 9 8 9 तक सौर सेल GaAs / GaSb 35% की उपज के साथ हासिल करने में मदद मिली, जिसने इस क्षेत्र में एक रिकॉर्ड बनाया।

ऐसे GaSb कोशिकाओं का अहसास काफी सरल है, क्योंकि टेलरियम के साथ गैर-डॉप किए गए GaSb वेफर्स व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं। पी को डोपिंग टाइप करें, फिर इन घटकों पर लगभग 450 डिग्री सेल्सियस पर वाष्प चरण अशुद्धता जस्ता के प्रसार द्वारा किया जा सकता है। संपर्क सामान्य तकनीक के अनुसार, सामान्य तकनीक के अनुसार फोटोलिथोग्राफी द्वारा नक़्क़ाशीदार पैटर्न के माध्यम से धातुओं द्वारा सामने और पीछे जमा किए जाते हैं, एंटीयरफ्लेक्शन से पहले उपचार।

इस कॉन्फ़िगरेशन में 52% की सैद्धांतिक उपज के लिए 1000 डिग्री सेल्सियस पर एक ब्लैकबीड के साथ इस प्रकार के थर्मोफोटोवोल्टिक कोशिकाओं की वर्तमान उपज का अनुमान लगभग 20% है, जिसका अर्थ है कि प्रगति अभी भी संभव है।

InGaAsSb कोशिकाओं
InGaAsSb सामग्री (एंटीमोनाइड और मिश्रित गैलियम और इंडियम आर्सेनाइड) के घटकों की सापेक्ष संरचना को 0.55 ईवी के विस्तृत बैंड अंतर को प्राप्त करने के लिए समायोजित किया जा सकता है, जिसमें 65% भरने के आंतरिक क्वांटम उपज को 65% भरने के कारक के उत्सर्जन स्पेक्ट्रम के लिए प्राप्त किया जा सकता है। ब्लैकबॉडी 1100 के। इस तरह के घटकों को मेटलोरगोनिक वाष्प चरण एपिटैक्सी, आण्विक बीम एपिटैक्सी और तरल चरण epitaxy द्वारा सब्सट्रेट GaSb पर किया गया था, पहले दो तरीकों से 95% की आंतरिक क्वांटम क्षमता प्राप्त करने और तीसरे स्थान पर 9 0% प्राप्त किया गया था।

इस सामग्री की बड़ी कठिनाई आंतरिक विषमता के लिए इसकी प्रवृत्ति है, इसकी संरचना की असंगतता से सामग्री में अलग-अलग चरणों की उपस्थिति होती है, जो पूरे घटक के इलेक्ट्रॉनिक गुणों को दृढ़ता से प्रभावित करती है।

InGaAs कोशिकाओं
आईएनपी सब्सट्रेट के जाल पैरामीटर के लिए अनुकूलित आईएनजीएएस संरचना का बैंड अंतर 0.74 ईवी है, जो GaSb घटकों की तुलना में थोड़ा अधिक (और इन्फ्रारेड के लिए कम उपयुक्त है) है। इस प्रकार के घटक 15% की आंतरिक उपज और 69% के एक भरने वाले कारक के साथ उत्पादित किए जा सकते हैं। लंबे तरंगदैर्ध्य फोटॉन को अवशोषित करने के लिए, गैलियम को इंडियम सामग्री की संरचना को समायोजित करना आवश्यक है, जिससे 0.4 ईवी से 1.4 तक के बैंड अंतर पर खेलना संभव हो जाता है। eV। यह स्वाभाविक रूप से क्रिस्टल जाली के जाली पैरामीटर को भी बदलता है, इसलिए सब्सट्रेट के साथ इंटरफेस पर बाधाएं होती हैं। इनगैस परत की संरचना को समायोजित करके इसका उपचार किया जा सकता है ताकि इसे धीरे-धीरे सब्सट्रेट पर इसके विकास के दौरान बदल दिया जा सके: इस प्रकार आण्विक बीम एपिटैक्सी द्वारा आगे बढ़ना, घटकों को प्राप्त करना संभव था जिसमें आंतरिक क्वांटम उपज 68% और एक भरने वाला कारक था 68% की। इस घटक में 0.67 Ga 0.33 As में संरचना के साथ प्राप्त 0.55 ईवी का बैंड अंतर भी था।

इनगाएएस घटकों का लाभ एक अच्छी तरह से नियंत्रित सामग्री पर भरोसा करना है, जिसे वांछित जाल आकार या बैंडगैप प्राप्त करने के लिए बड़ी सटीकता के साथ समायोजित किया जा सकता है। इस प्रकार हम 0.015 Ga 0.985 के रूप में संरचना के लिए एक आदर्श जाल के साथ जर्मेनियम सब्सट्रेट पर ऐसी पतली परतें विकसित कर सकते हैं। बहुत कम क्रिस्टलीय दोष, ऐसे सब्सट्रेट में सब्सट्रेट का उत्पादन करने के लिए अधिक विस्तृत और कठिन पर एक निर्विवाद लागत लाभ होता है।

InPAsSb कोशिकाओं
InPAsSb quaternary मिश्र धातु organometallic वाष्प चरण epitaxy और तरल चरण epitaxy द्वारा प्राप्त किया गया था। आईएनए सब्सट्रेट के जाल पैरामीटर में समायोजित, इसके बैंड गैप की चौड़ाई 0.3 ईवी से 0.55 ईवी तक है। इस तरह के एक संकीर्ण बैंडगैप वाले सामग्रियों के आधार पर थर्मोफोटोवोल्टिक सिस्टम के हितों की अभी तक पर्याप्त जांच नहीं हुई है, ताकि संबंधित कोशिकाओं को अनुकूलित नहीं किया जा सके और उनके प्रदर्शन को प्रतिस्पर्धी नहीं बनाया गया है। फिर भी, संकीर्ण बैंडगैप सामग्रियों के साथ लंबी तरंगदैर्ध्य उच्च आंतरिक क्वांटम क्षमता प्राप्त करना ऑगर पुनर्संरचना घटना में वृद्धि से मुश्किल हो गया है।

अनुप्रयोगों
टीपीवी सैन्य और वाणिज्यिक दोनों अनुप्रयोगों के लिए कुशल और आर्थिक रूप से व्यावहारिक पावर सिस्टम का वादा करता है। पारंपरिक गैर-अक्षय ऊर्जा स्रोतों की तुलना में, बर्नर टीपीवी के पास कम NOx उत्सर्जन होता है और लगभग चुप होता है। सौर टीपीवी उत्सर्जन मुक्त नवीकरणीय ऊर्जा का स्रोत हैं। असुरक्षित फोटॉनों के रीसाइक्लिंग के कारण टीपीवी पीवी सिस्टम की तुलना में अधिक कुशल हो सकते हैं। हालांकि, टीपीवी अधिक जटिल हैं और प्रत्येक ऊर्जा रूपांतरण चरण में हानि दक्षता कम कर सकती है। अवशोषक / उत्सर्जक और पीवी सेल में आगे के विकास किए जाने चाहिए। जब एक बर्नर स्रोत के साथ टीपीवी का उपयोग किया जाता है, तो वे ऑन-डिमांड ऊर्जा प्रदान करते हैं।नतीजतन, ऊर्जा भंडारण की आवश्यकता नहीं है। इसके अलावा, पीवी के विकिरण स्रोत के निकट होने के कारण, टीपीवी पारंपरिक पीवी के 300 गुना वर्तमान घनत्व उत्पन्न कर सकते हैं।

मैन पोर्टेबल पावर
बैटलफील्ड डाइमैमिक्स को पोर्टेबल पावर की आवश्यकता होती है। पारंपरिक डीजल जेनरेटर क्षेत्र में उपयोग के लिए बहुत भारी हैं। स्केलेबिलिटी पारंपरिक जेनरेटर की तुलना में टीपीवी को छोटे और हल्के होने की अनुमति देती है। इसके अलावा, टीपीवी में कुछ उत्सर्जन होते हैं और चुप होते हैं। मल्टीफ्यूल ऑपरेशन एक और संभावित लाभ है।

पीवी सीमाओं के कारण 1 9 70 के दशक में टीपीवी में शुरुआती जांच विफल रही। हालांकि, GaSb फोटोकेल की प्राप्ति के साथ, 1 99 0 के दशक में एक नए प्रयास में सुधार हुआ। 2001 की शुरुआत में, जेएक्स क्रिस्टल ने सेना को एक टीपीवी आधारित बैटरी चार्जर दिया जिसने प्रोपेन के साथ 230 डब्ल्यू का उत्पादन किया। इस प्रोटोटाइप ने एक सीईसी उत्सर्जक का उपयोग 1250 डिग्री सेल्सियस और GaSb फोटोकल्स पर किया और लगभग 0.5 मीटर लंबा था। बिजली स्रोत में 2.5% की दक्षता थी, जो ईंधन की थर्मल ऊर्जा से उत्पन्न बिजली के अनुपात से गणना की गई थी। व्यावहारिक युद्धक्षेत्र के उपयोग के लिए यह बहुत कम है। दक्षता बढ़ाने के लिए, संकीर्ण बैंड उत्सर्जक को महसूस किया जाना चाहिए और बर्नर का तापमान उठाया जाना चाहिए। पानी के ठंडा करने या शीतलक उबलते जैसे थर्मल प्रबंधन चरणों को लागू किया जाना चाहिए। यद्यपि कई सफल प्रमाण-अवधारणा प्रोटोटाइप का प्रदर्शन किया गया था, लेकिन कोई पोर्टेबल टीपीवी पावर स्रोत सैनिक परीक्षण या युद्धक्षेत्र कार्यान्वयन तक नहीं पहुंच पाए हैं।

अंतरिक्ष यान
अंतरिक्ष यात्रा बिजली उत्पादन प्रणालियों के लिए बड़ी मात्रा में ईंधन के बिना लगातार और विश्वसनीय शक्ति प्रदान करनी चाहिए। नतीजतन, सौर और रेडियोसोटॉप ईंधन (अत्यधिक उच्च शक्ति घनत्व और लंबे जीवनकाल) ऊर्जा के आदर्श स्रोत हैं। प्रत्येक के लिए टीपीवी प्रस्तावित किया गया है। सौर ऊर्जा के मामले में, कक्षीय अंतरिक्ष यान व्यावहारिक टीपीवी के लिए आवश्यक बड़े और संभावित बोझिल सांद्रता के लिए बेहतर स्थान हो सकता है। हालांकि, टीपीवी के कुछ और जटिल डिजाइन से जुड़े वजन विचारों और अक्षमताओं के कारण, परंपरागत पीवी लगभग निश्चित रूप से इन अनुप्रयोगों के लिए अधिक प्रभावी होंगे।

रेडियोसोटॉप ऊर्जा के रूपांतरण के लिए टीपीवी का उपयोग करने की संभावना शायद अधिक दिलचस्प है। आइसोटोप का उत्पादन थर्मल ऊर्जा है। पिछले थर्मोइलेक्ट्रिकिटी (किसी भी चलती भागों के साथ विद्युत थर्मल से विद्युत रूपांतरण) का उपयोग नहीं किया गया है क्योंकि टीपीवी दक्षता थर्मोइलेक्ट्रिक कन्वर्टर्स के ~ 10% से कम है। स्टर्लिंग इंजनों पर भी विचार किया गया है, लेकिन बेहतर विश्वसनीयता क्षमता (& gt; 20%) के बावजूद, स्पेस मिशन के लिए अस्वीकार्य चेहरा चेहरा चिंताएं हैं। हालांकि, छोटे बैंडगैप पीवी में हालिया प्रगति के साथ, टीपीवी अधिक उम्मीदवार उम्मीदवार बन रहे हैं।20% दक्षता के साथ एक टीपीवी रेडियोसोटॉप कनवर्टर का प्रदर्शन किया गया था कि टंडेम फिल्टर और एक 0.6 ईवी बैंडगैप इनगाएएस पीवी कनवर्टर (कमरे के तापमान में ठंडा) के साथ 1350 के लिए गरम टंगस्टन उत्सर्जक का उपयोग करता है। खोयी हुई ऊर्जा का लगभग 30% ऑप्टिकल गुहा और फिल्टर के कारण था। शेष पीवी कनवर्टर की दक्षता के कारण था।

कनवर्टर का कम तापमान संचालन टीपीवी की दक्षता के लिए महत्वपूर्ण है। ताप पीवी कन्वर्टर्स अपने अंधेरे प्रवाह को बढ़ाता है, जिससे दक्षता कम हो जाती है। कनवर्टर उत्सर्जक से विकिरण द्वारा गरम किया जाता है। स्थलीय प्रणालियों में गर्मी सिंक के साथ अतिरिक्त ऊर्जा का उपयोग किए बिना इस गर्मी को समाप्त करना उचित है। हालांकि, अंतरिक्ष एक अलग प्रणाली है, जहां गर्मी सिंक अव्यवहारिक हैं। इसलिए, उस गर्मी को कुशलतापूर्वक हटाने के लिए अभिनव समाधान विकसित करना महत्वपूर्ण है, या अनुकूलित टीपीवी कोशिकाएं जो उच्च तापमान कन्वर्टर्स के साथ कुशलतापूर्वक संचालित कर सकती हैं। दोनों बड़ी चुनौतियों का प्रतिनिधित्व करते हैं। इसके बावजूद, टीपीवी भविष्य के अंतरिक्ष अनुप्रयोगों में उपयोग के लिए पर्याप्त वादा प्रदान करते हैं।

वाणिज्यिक अनुप्रयोगों
ऑफ-ग्रिड जेनरेटर
कई घर रिमोट क्षेत्रों में स्थित हैं जो बिजली ग्रिड से जुड़े नहीं हैं। जहां उपलब्ध है, पावर लाइन एक्सटेंशन अव्यवहारिक हो सकता है। टीपीवी ऑफ-ग्रिड घरों में बिजली की निरंतर आपूर्ति प्रदान कर सकते हैं। दूसरी तरफ पारंपरिक पीवी, सर्दियों के महीनों और रात के दौरान पर्याप्त बिजली प्रदान नहीं करेंगे, जबकि टीपीवी सौर-केवल उत्पादन बढ़ाने के लिए वैकल्पिक ईंधन का उपयोग कर सकते हैं।

टीपीवी जनरेटर के लिए सबसे बड़ा लाभ गर्मी और शक्ति का सहवास है। ठंडे मौसम में, यह एक हीटर या स्टोव और बिजली जनरेटर दोनों के रूप में कार्य कर सकता है। जेएक्स क्रिस्टल ने एक प्रोटोटाइप टीपीवी हीटिंग स्टोव और जेनरेटर विकसित किया। यह प्राकृतिक गैस जलता है और एक सीईसी स्रोत एमिटर का उपयोग 1250 डिग्री सेल्सियस और GaSb फोटोकेल पर 25,000 बीटीयू / घंटा उत्पादन के साथ 100 डब्ल्यू उत्पन्न करने के लिए करता है। हालांकि, वाणिज्यिक रूप से व्यवहार्य रूप से इसे प्रस्तुत करने के लिए लागतों को काफी कम किया जाना चाहिए।

जब एक भट्ठी को हीटर और जनरेटर के रूप में उपयोग किया जाता है, तो इसे संयुक्त गर्मी और शक्ति (सीएचपी) कहा जाता है। कई टीपीवी सीएचपी परिदृश्यों को थियोरिज्ड किया गया है, लेकिन उबलते शीतलक का उपयोग करने वाला जनरेटर सबसे अधिक लागत प्रभावी पाया गया था। प्रस्तावित सीएचपी 1425 डिग्री सेल्सियस पर चलने वाले सीआईसी आईआर उत्सर्जक और उबलते शीतलक द्वारा ठंडा GaSb फोटोकल्स का उपयोग करेगा। टीपीवी सीएचपी 85,000 बीटीयू / घंटा उत्पादन करेगा और 1.5 किलोवाट उत्पन्न करेगा। अनुमानित दक्षता 12.3% होगी और निवेश 0.08 € / किलोवाट होगा, बशर्ते कि सीएचपी फर्नेस का जीवनकाल 20 वर्ष हो। अन्य गैर-टीपीवी सीएचपी की अनुमानित लागत ईंधन सेल सीएचपी के लिए गैस इंजन सीएचपी और 0.16 € / किलोवाट के लिए 0.12 € / किलोवाट है। इस प्रस्तावित भट्ठी का व्यावसायीकरण नहीं किया गया है क्योंकि बाजार को काफी बड़ा नहीं माना जाता था।

सैर सपाटे के लिए प्रयोग किए जाने वाले वाहन
मनोरंजक वाहनों में उपयोग के लिए टीपीवी प्रस्तावित किए गए हैं। हाइब्रिड और अन्य विद्युत संचालित वाहनों के आगमन के साथ, विद्युत उत्पादन के साथ बिजली जेनरेटर अधिक दिलचस्प हो गए हैं। विशेष रूप से ईंधन विकल्प के लिए टीपीवी की बहुमुखी प्रतिभा और कई ईंधन स्रोतों का उपयोग करने की क्षमता उन्हें दिलचस्प बनाती है क्योंकि ईंधन की व्यापक विविधता बेहतर स्थायित्व के साथ उभर रही है। टीपीवी के चुप ऑपरेशन बिजली की पीढ़ी को कब और कहाँ शोर पारंपरिक जनरेटर के उपयोग की अनुमति नहीं है (यानी राष्ट्रीय उद्यान कैम्पग्राउंड में “शांत घंटे” के दौरान), और दूसरों को परेशान मत करो। हालांकि, व्यावहारिक क्षमता के लिए आवश्यक उत्सर्जन तापमान इस पैमाने पर टीपीवी को असंभव बनाता है।