熱光伏系統（TPV）能將熱轉化為電，但其轉化效率一直比較低下。近日美國科學家研制出了一種新方法，對一塊鎢的表面進行操作后，其釋放出的光波能被光電池最大限度地利用。并基于此思路研制出一種紐扣光電池，其能源轉化效率為同樣大小和重量鋰離子電池的4倍。相關研究發表在《物理學評論A》雜志上。
半個世紀前，科學家們就研制出了熱光伏系統，這種系統讓一個光伏電池和任何熱源“聯姻”以加熱一種名為熱發射器的材料，隨后，熱發射器會朝光伏電池的二極管發射光和熱以產生電力。這種熱發射器發射的紅外線比太陽光譜中的還要多。10年前問世的低能帶隙光伏材料能比標準硅基光伏電池吸收更多紅外線輻射。但是，熱量浪費一直很嚴重，使得這些設備的能效比較低。
領導該研究的美國麻省理工學院軍用納米技術研究所（ISN）的工程師伊恩·塞蘭諾維茨表示，解決辦法是設計出一種新熱發射器，其僅僅發射出光伏電池的發光二極管能吸收、并能最大限度地將其轉化為電力的波長，同時抑制其他波長。
塞蘭諾維茨團隊在鎢的表面蝕刻了數十億個納米大小的凹坑。當鎢吸收熱量時——不管熱量來自于太陽、碳氫燃料、正在衰變的放射性同位素還是其他熱源——其會發出亮光，而且發射光譜不斷變化，因為每個凹坑就像一個諧振器，能釋放出特定波長的光波。
他們基于此制造出了一塊紐扣電池，其由丁烷提供燃料，運行時間是同樣重量鋰離子電池的4倍，當電力耗盡后，只需加入少量新鮮燃料，就能立即給該電池充電。他們還制造出了另一塊由一種放射性同位素的衰變提供熱源的電池，其能持續發電30年，不需要添加燃料也不需要維修保養，有望成為執行長時間太空飛行任務設備的理想電源。
美國能源部信息管理中心提供的數據表明，當今所使用的能量中，有92%的能量都需要經過將熱能轉化為機械能再轉化為電能這一過程。但現有機械能系統的效率相對較低，而且無法縮小尺寸以應用于傳感器、智能手機或醫療監控設備中。
塞蘭諾維茨表示：“能將不同來源的熱轉化為電力而無需移動零件非常實用，廉價有效地并在小規模上做到這一點非常重要。”塞蘭諾維茨確信，進一步的研究可將這種電池的能量密度提高3倍，“屆時，新電池能讓智能手機持續使用一周。”
與太陽能電池相比，熱光伏電池具有明顯的優點：可以不受晝夜、天氣、季節等自然因素影響，產生穩定的電能。然而，能與熱光伏電池“來電”的，只有波長在0.8—2微米的近紅外光，其他波長的熱輻射都是興興而來，悻悻而歸。塞蘭諾維茨團隊正是投其所好地把各種波長的熱輻射都“整容”成了近紅外光。地球上所有溫度高于絕對零度的物體，都會發出熱輻射，而這些能量并沒有得到有效使用。因此可以想見，本文所述研究對節能降耗和減緩全球變暖都將可能產生重要意義。
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