적층 그래핀과 하이퍼볼릭 메타물질을 이용한 열광전지의 성능 향상

Abstract

두 물질이 특성 파장의 길이보다 짧은 거리에서 열 복사가 일어날 때, 진행파 뿐만 아니라 소멸파도 같이 열 복사에 기여한다. 하이퍼볼릭 메타물질은 구조의 비등방성을 크게 하여 자연에 존재하지 않는 물성치를 갖게 되고 열 전달을 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 하이퍼볼릭 메타물질과 열광전지 위에 적층 그래핀이 있는 구조를 이용하여 근접장 열 복사에서 일어나는 현상을 파악하고 소멸파를 조정하면서 열광전지의 효율을 증대시키는 것을 제안하였다. 열원인 하이퍼볼릭 메타물질은 p형 실리콘과 실리카로 500 K의 온도에서, 열광전지는 InSb는 300 K에서 구동되도록 설계하였다. 전력 측면에서 하이퍼볼릭과 적층 그래핀 구조를 사용했을 때, 진공 갭이 200 nm에서 단일 열원 소스와 그래핀이 없을때의 구조보다 2.5배 증가된 결과가 나왔고, 300 nm 에서는 1.2배 증가된 결과가 나왔다. 하이퍼볼릭 물질과 적층 그래핀 구조에서 커플된 표면 플라즈몬 현상 때문에 향상될 수 있었다.