Esta proposta busca desenvolver um sistema de energia transformador — o gerador plasmon-enhanced radioisotope Thermophotovoltaic (PRTPV) — que supera significativamente o desempenho dos atuais geradores termoelétricos de radioisótopos (RTGs) tanto em potência específica quanto em eficiência. Projetado para atingir uma potência específica de 17 W/kg e uma eficiência de conversão térmica em elétrica superior a 40%, o PRTPV oferece um ganho de sete vezes na eficiência e um aumento de quase uma ordem de magnitude na potência específica em comparação com RTGs de última geração.
O sistema combina duas inovações inéditas: o uso de um material com alto índice de refração, baixas perdas no infravermelho, baixa condutividade térmica e alto ponto de fusão (por exemplo, Al2O3) para substituir o tradicional vão de vácuo entre a fonte de calor e a célula fotovoltaica (PV), aumentando a densidade de potência da radiação térmica, que é proporcional ao quadrado do índice de refração; e a integração de um acoplador plasmon fotônico de múltiplas camadas (multilayered photonic crystal plasmon coupler) para ajustar espectralmente a radiação térmica, excitando plasmonas de superfície na interface entre o acoplador e a célula PV, de modo a corresponder ao bandgap da célula PV, melhorando ainda mais a eficiência de conversão.
Juntas, essas melhorias superam a baixa densidade de potência que limita os sistemas TPV atuais. A tecnologia resultante é compacta, eficiente e escalável, abrindo caminho para novas classes de missions da NASA, incluindo operações de longa duração na superfície em regiões lunares permanentemente sombreadas e missions interestelares em que a energia solar é impraticável. O trabalho proposto apoia diretamente as metas de longo prazo da NASA em exploração espacial e inovação em energia.
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