Các kỹ sư tại MIT và Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia (NREL), Mỹ đã giới thiệu một loại tế bào nhiệt điện (TPV) mới, không có bộ phận chuyển động (tuabin hơi nước), có khả năng hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ cao, chi phí bảo trì thấp, thân thiện với môi trường.
Tế bào nhiệt điện mới hấp thụ các photon năng lượng cao từ nguồn nhiệt nóng và chuyển chúng thành điện năng. Khi vật liệu hấp thụ photon năng lượng cao sẽ kích thích điện tử thoát khỏi vùng hóa trị thành điện tử tự do, di chuyển thành dòng tạo ra điện mà không cần có bộ phận chuyển động.
Được làm từ vật liệu bán dẫn khe hẹp, có vùng trống năng lượng đặc biệt, có nhiều điểm nối, nhiều lớp hơn so với các tế bào TPV hiện có trên thị trường, nên TPV mới hấp thụ được các photon năng lượng cao từ nguồn nhiệt có nhiệt độ cao, giúp việc chuyển đổi năng lượng hiệu quả hơn.
TPV mới có kích thước khoảng 1 cm2 , bao gồm 3 phần: trên cùng là lớp hợp kim có vùng năng lượng cao, ở giữa là lớp hợp kim vùng năng lượng thấp hơn , bên dưới là một lớp vàng giống như gương. Lớp đầu tiên có nhiệm vụ bắt giữ các photon năng lượng cao nhất của nguồn nhiệt và chuyển chúng thành điện năng. Các photon năng lượng thấp hơn sẽ đi qua lớp đầu tiên và bị lớp thứ hai bắt giữ, chuyển đổi để thêm vào điện áp được tạo ra. Các photon còn lại đi qua lớp thứ hai tới lớp gương sẽ bị phản xạ lại, trở lại nguồn nhiệt, thay vì bị hấp thụ dưới dạng nhiệt lãng phí.
Nhóm đã kiểm tra hiệu quả của tế bào bằng cách đặt nó trên một cảm biến nhiệt — một thiết bị đo trực tiếp nhiệt được hấp thụ từ tế bào. Họ cho tế bào tiếp xúc với đèn nhiệt độ cao, ánh sáng được tập trung vào tế bào. Sau đó, họ thay đổi cường độ hoặc nhiệt độ của bóng đèn và quan sát hiệu suất năng lượng của tế bào xem lượng điện mà nó tạo ra so với nhiệt mà nó hấp thụ thay đổi như thế nào theo nhiệt độ. Kết quả cho thấy, trong phạm vi từ 1.900 đến 2.400 oC, tế bào TPV mới duy trì hiệu suất khoảng 40% (các tế bào TPV được thương mại hóa hiện nay có hiệu suất khoảng 20% - 32%).
Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature.