沒有運轉部件的新型小熱引擎剛達到了難以置信的能量里程碑 – 明日科學發布於2022年5月11日
對於傳統矽晶太陽能板而言，因為矽的 能隙 約為1.12 eV，因此可被吸收的光波長必須小於 12400/1.12 = 11070Å；上層透明導電膜ITO則會吸收短於3200Å的紫外光。所以太陽能板被限制在只能吸收3200Å～ 11070Å之間的紫外光、可見光與近紅外光，波長較長的紅外光則完全無法吸收。這些無法吸收的的光子能量會轉換成廢熱，若太陽能板無法有效降溫，就會對其加熱而造成光電轉換效率下降。人造衛星的太陽能板則大多採用砷化鎵材料，砷化鎵的能隙為 1.424 eV，對應的光波長是 8700Å的近紅外光。
熱光伏（Thermophotovoltaic， TPV）電池是經由光子將熱能轉換為電能的過程。其與太陽能板的差異，在於它不是吸收太陽光，而是吸收任何形式熱源所產生的熱輻射。特殊設計的熱光伏系統由能隙落在紅外範圍的吸收材料製成，可以有效的將長波光子的熱輻射轉化為電能。
熱源輻射具有寬光譜的光子，能量大於半導體能隙Eg的光子被吸收並產生電流，而能量小於Eg的光子則會穿過光伏電池，被能導電的高反射性背面反射層（back surface reflector）反射，然後再被輻射體重新吸收，因此實現了更高的系統轉換效率。
在可再生能源的系統中，熱光伏可以做出重要貢獻，亦即將離峰的多餘電能先以高溫熱量的形式儲存起來，然後在需要時使用熱光伏模組將存儲的熱量轉換回電能。熱光伏電池的高轉換效率是整個轉換過程（電→熱→電）效率的決定性因素。
來自麻省理工學院和美國國家可再生能源實驗室（NREL）的研究團隊，成功開發出的這款新型熱光伏電池，能夠比傳統的蒸汽渦輪機更有效地將熱量轉化為電能。另外，蒸汽渦輪機的主要活動元件也有運行的溫度上限。近年來，科學家們一直在研究無活動元件的固態熱光伏發電設備作為替代，便於運作在更高的溫度下。固態能量轉換器的另一個優點是它們可以在更高的溫度下，以更低的維護成本運行。
參與破紀錄轉換的熱光伏電池可在 1,900 ~ 2,400 ℃溫度範圍從熱源汲取能量來發電。先前的記錄是 32% 的效率，而大多數熱光伏電池的效率也僅約 20% 左右。研究人員使用了三層的材料：高能隙合金用於捕獲高能光子並將其轉化為電能，低能隙合金則用來捕獲通過第一層的低能光子，熱輻射中不可用的光子則以金鏡反射回到熱源，從而最大限度地減少浪費的廢熱。「熱光伏電池是證明熱電池裝置系統（Thermal Energy Device）為一個可行的概念，這是推廣可再生能源和實現完全脫碳化電網道路上絕對關鍵的一步。」麻省理工學院機械工程系教授 Asegun Henry 如是說。研究人員並且計劃將這種熱光伏電池整合到熱能電網儲存（Thermal energy grid storage，TEGS）系統中，以實現可調度的可再生能源。這些新的熱光伏電池使 TEGS 能夠達到足夠高的效率和足夠低的成本，或將影響未來的發電站和電網儲能。
參考資料：Thermophotovoltaic efficiency of 40%