近年來為了減輕環境負擔，實現永續能源社會，利用太陽能的研究越來越被重視，在此背景下，作為次世代太陽能高度利用技術，從熱製造電的「TPV（熱光伏）發電」技術也越來越受到矚目。
美國研究團隊今年春天在NATURE雜誌發表實現熱能轉換效率約40%的TPV發電，超越轉換效率約35%的傳統蒸汽渦輪機、與轉換效率約20%的一般矽太陽能電池，被期待可以將再生能源作為「熱電池」使用，或是有效利用廢熱。
根據《朝日新聞》報導，新潟大學副教授櫻井篤表示，TPV是「thermophotovoltaic（熱光伏）」的簡稱，原理是太陽或高溫金屬等熱源會散發「輻射光」，將其透過光電轉換的機制來變成電能，在進行光電轉換時，會使用結合鎵與銦等的化合物半導體。
美國麻省理工學院（MIT）與美國再生能源研究所團隊，透過結合鎵等研發出1公分正方形「TPV Cell（熱光伏電池）」，藉由1900～2400度熱源所散發的輻射光，可實現轉換效率40%的發電。
研究團隊正考慮今後繼續發展技術加以大型化，來打造如「熱電池」般的系統，是以再生能源所產生的電力加熱碳（石墨）塊並蓄熱，而在需要時用於發電。
MIT研究人員表示：「此項技術安全且環保，並且對於抑制發電時所會產生的碳排有非常大的效力」，研究成果已刊載於雜誌網站（https://www.nature.com/articles/s41586-022-04473-y）。
可用不可見光發電，轉換效率最高可達85%
TPV發電類似於藉由矽半導體等將光轉換成電的太陽能電池，而兩者有什麼不同呢？
太陽光中包含紫外線與紅外線等各種光，太陽能所能夠使用的主要是肉眼可見的光，僅限於其中的一部分，而一般矽太陽能電池的效率僅止於20%左右。
相較於此，TPV發電除了肉眼所能看見的輻射光外，也能夠使用紅外線等不可見光。根據櫻井篤表示，近年來研究越來越熱門，理論上效率值預估可高達85%，目前研究方向是藉由巧妙控制從熱源散發的輻射光，盡可能地削減發電所不需的輻射光，來提高TPV發電的效率。
本次MIT研究團隊是如何提高發電效率的呢？根據東北大學副教授清水信表示，要點在於充分利用輻射光，將TPV CELL所未吸收的輻射光，以金所形成的鏡面反射回熱源，來抑制能量的損失。
另外，使用高溫熱源也有助於提高效率，因為存在著溫度越高，從熱源所散發知輻射光的能量密度便越高的法則。
工廠或焚化爐廢熱進行TPV發電，實現減碳社會
TPV發電在美國從1960年代起便開始研究，而日本國內則有東北大學等率先著手研究。東北大學副教授清水信與教授湯上浩雄將TPV發電視為能夠充分利用太陽光的技術，目前正與企業共同進行研究，要將矽太陽能電池所無法用於發電的光，巧妙地轉變成可用於TPV發電的輻射光。
清水信表示：「TPV發電也可以使用太陽以外的熱源，所以或許也能夠應用工廠或焚化爐的廢熱」他並說明，TPV存在著將能源效率提升到現在矽太陽能電池2倍之40％的可能性，未來希望將其發展成能夠有助於減碳的技術加以實用化。
責任編輯：吳秀樺
