日本東北大學宣布，其開發(fā)的太陽能光熱發(fā)電（Solar-TPV：Solar-thermo photo voltaic）系統(tǒng)的發(fā)電效率為5.1％，達到世界最高水平。這種發(fā)電系統(tǒng)的原理是，將包含廣泛波長的光的太陽光轉化成波長最適合太陽能電池的熱輻射并進行發(fā)電，有望實現(xiàn)與多結太陽能電池概念不同的高效率光伏發(fā)電。

　　太陽發(fā)出的光（熱輻射）具有廣泛的波長分布（光譜）。單結太陽能電池只能使波長比使用的半導體材料帶隙更小的光轉化成電能，其他波長的光則無法轉化成電能，而成為損耗。由多塊太陽能電池重疊而成的多結太陽能電池通過擴大可吸收的波長區(qū)域，可以不浪費地將太陽能光譜轉化為電能。但與單結太陽能電池相比存在生產成本高的課題。
　　Solar-TPV在通過聚集太陽光，對太陽光選擇材料及波長選擇發(fā)射器進行加熱，之后，光電轉換單元會利用波長選擇發(fā)射器發(fā)出的與靈敏度波長區(qū)域相匹配的熱輻射進行發(fā)電。太陽光的特點是可以先轉化成熱，然后在包含的光子能量總和不變的情況下，轉換成其他波長的光線（熱輻射）。這樣，即使使用價格低廉的單結太陽能電池，也能實現(xiàn)高效發(fā)電。
　　在本次研究中，東北大學提出了以“熱輻射光譜控制”和“熱輻射單向運輸”的概念為基礎來提高熱輻射轉化及運輸效率的新方案，并根據(jù)這一概念進行了Solar-TPV系統(tǒng)的整體設計。Solar-TPV系統(tǒng)將太陽光轉化成熱輻射，是光子相互轉化的波長轉換系統(tǒng)，不同于將太陽光轉化成熱的傳統(tǒng)聚光型太陽能熱發(fā)電。
　　因此，提高效率的重點是，將吸收的太陽能無損失地運送到波長選擇發(fā)射器，使波長選擇發(fā)射器發(fā)出的熱輻射光譜與光電轉換單元的靈敏度波長區(qū)域匹配。也就是說，要求具有較高的“熱輻射轉化和運輸效率”以及“光電轉換效率”。
　　這兩種效率能夠通過太陽光選擇吸收材料與波長選擇發(fā)射器的光學設計和幾何學設計來提高。對太陽光選擇吸收材料的要求是，在太陽光光譜強度大的短波長區(qū)域具有高吸收率，在長波長區(qū)域具有低放射率（吸收率）。對波長選擇發(fā)射器的要求是，在光電轉換單元的靈敏度波長區(qū)域具有高放射率，在其他波長區(qū)域具有低放射率。
　　此次，研究人員設計出了可實現(xiàn)更高的熱輻射轉化效率及運輸效率的面積比，抑制太陽光選擇吸收材料的反射和放射損失，成功設計并制作出了熱輻射運輸效率有望達到54％、光電轉換效率有望達到28％的太陽光選擇吸收材料及波長選擇發(fā)射器。在使用試制的太陽光選擇吸收材料、波長選擇發(fā)射器、鎵銻光電轉換單元進行的發(fā)電試驗中，發(fā)電效率達到了5.1％。
　　相關研究成果已在2016年10月25日的《Applied Physics Express》上發(fā)表，并被選作Spotlights論文。