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摘要
肖克利-奎伊瑟（SQ）极限为常规半导体光伏器件的效率设置了上限。热光伏系统（由热源、光谱选择性辐射器和低禁带光伏电池组成）可以作为一种替代方案，以突破这一理论效率的限制。为提高热光伏系统的发电效率，基于超材料设计了一个多层十字架结构的辐射器，对其几何尺寸优化后，该辐射器展示出良好的窄带发射光谱。这既减少了光伏电池禁带以下的低能光子损失，又避免了高能光子被吸收后加剧晶格振动而造成热损失。将该辐射器用于热光伏系统可以实现与禁带能量为0.6 e V的In0.69Ga0.31As电池完美匹配。通过对该辐射器与光伏电池联用系统的详细理论计算得到：在1 117℃下可以实现发电效率突破SQ极限（41%）；并且随着辐射器温度升高，发电效率会进一步提高，在2 000 K时电池输出效率高达46.75%；此外，该窄带辐射器在0°～60°内具有良好的角度不敏感性以及极化不敏感性。
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