Повышение эффективности преобразователей солнечной энергии может быть достигнуто за счет рециркуляции неабсорбированных фотопреобра­зователем фотонов. Излучатель для этого должен находиться в непосредственной близости от фотодиодов.

На рис. 12.5 изображена схема фтоэлектрического преобразователя, в кото­рой излучатель (нагреваемый концентрированным солнечным излучением или пламенем) освещает фотодиод с шириной запрещенной зоны Wg.

Фотоны с энергией, превышающей Wg, преобразуются полупроводником (сплошные линии) с генерацией электрического тока. Фотоны с энергией мень­ше Wg проходят через полупроводник не поглощаясь и, отразившись от зеркала, возвращаются обратно к излучателю (штриховые линии).

Роль данного зеркала может играть тыльный электрод фотодиода, выполнен­ный, например, в виде слоя серебра, отделенного от диода тонким слоем ок­сида. Электрическое соединение зеркала с диодом осуществляется посредством точечных контактов, которые занимают только 1 % всей поверхности зеркала. Тепловой излучатель может быть графитовым, что обеспечивает возможность его работы в температурном диапазоне 2200-2300 К. Полупроводниковым ма­териалом является кремний.

Другое техническое решение предполагает размещение селективного зеркала между излучателем и полупроводником. Зеркало отражает фотоны с энергией
ниже W и пропускает фотоны с большей энергией. Недостатком данного реше­ния является сложность создания такого зеркала.

Для повышения эффективности преобразования энергии необходимо снижать тепловые потери излучателя. Так как большой вклад в тепловые потери вносит конвекция, то с целью их снижения пространство между излучателем и диодом может быть вакуумировано. Однако такое решение приведет к тому, что мате­риал излучателя будет медленно разрушаться (сублимировать) и осаждаться на поверхности диода, что вызовет снижение эффективности устройства. Поэтому важно выбирать такие материалы для нагревателя, которые имеют низкую ле­тучесть при расчетных температурах. Иногда практичнее допустить некоторые конвекционные потери, чтобы уменьшить сублимацию излучателя посредством его работы в атмосфере инертного газа, например аргона.

Рис. 12.5. Две конфигурации термофотоэлектрических преобразователей

В термофотоэлектрических преобразователях тип полупроводника и ширина его запрещенной зоны выбираются исходя из температуры излучателя.

Термофотоэлектрические преобразователи были предложены как простейший вариант теплового двигателя, обеспечивающего прямое преобразование энергии излучения пламени в электрическую.