양면(양면형) 근접장(near-field) 열광자열발전(thermophotovoltaic, NF-TPV) 컨버터는 광전지(PV) 셀의 양면에서 복사 열 플럭스를 흡수함으로써, 단면(monofacial) 설계에 비해 전력 출력을 향상시킨다. 그러나 기존의 양면 컨버터는 전극 설계에서의 핵심 성능 제한 요인, 즉 차광(shading)과 직렬 저항 손실을 간과해 왔다. 또한 기존의 측면 냉각은 효과적인 열 방출을 제한하여 PV 셀의 온도를 상승시키고, 고광전류에서 성능을 저하시키는 문제를 야기한다. 이러한 과제를 해결하기 위해, 우리는 실리콘 지지층(silicon support layers)에 내장된 내부 냉각 채널을 다중 버스바(multi-busbar) 전극과 정렬하여 차광 및 직렬 저항 손실을 최소화하면서 냉각 성능을 향상시키는 양면 NF-TPV 컨버터를 제안한다. 변동 전자기학(fluctuational electrodynamics), 소수 캐리어 분리(minority carrier separation) 모델, 전산 유체 역학(computational fluid dynamics)을 통합하여 완전 결합 복사–전기–열 모델을 개발하였으며, 이를 통해 PV 셀 온도 분포와 성능에 대한 영향을 정확하게 예측할 수 있다. 단면 및 측면 냉각 양면 NF-TPV 컨버터와의 비교 분석 결과, 제안된 내부 냉각 설계는 이미터 온도 (1100 ∼ 1900 K) 및 PV 셀 폭 (1 ∼ 7 mm)에 대해 전 범위에서 일관되게 더 높은 전력 출력을 달성한다. 특히 필요한 냉각 전력은 1500 K에서 출력 전력의 1.0% 미만으로 유지된다. 이러한 결과는 내부 냉각과 최적화된 전극이 고온 열에너지 수확을 위한 효율 및 확장성을 향상시킨다는 점을 보여준다. • 내부 냉각 채널은 양면 NF-TPV 컨버터의 냉각에 크게 기여한다. • 추가 손실을 줄이기 위해 다중 버스바 전면 전극 설계를 적용한다. • 서로 다른 냉각 유형을 갖는 단면 및 양면 NF-TPV 컨버터를 비교한다. • 시스템의 냉각 전력 요구량은 성능에 미미한 영향을 미친다.

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