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基于非平衡格林函数形式理论的光伏 - 热电纳米器件中的熵产生

Entropy production in photovoltaic-thermoelectric nanodevices from the non-equilibrium Green's function formalism.

作者信息

Michelini Fabienne, Crépieux Adeline, Beltako Katawoura

机构信息

Aix Marseille Univ, Univ Toulon, CNRS, IM2NP, Marseille, France.

出版信息

J Phys Condens Matter. 2017 May 4;29(17):175301. doi: 10.1088/1361-648X/aa62e4. Epub 2017 Mar 23.

DOI:10.1088/1361-648X/aa62e4
PMID:28333684
Abstract

We discuss some thermodynamic aspects of energy conversion in electronic nanosystems able to convert light energy into electrical or/and thermal energy using the non-equilibrium Green's function formalism. In a first part, we derive the photon energy and particle currents inside a nanosystem interacting with light and in contact with two electron reservoirs at different temperatures. Energy conservation is verified, and radiation laws are discussed from electron non-equilibrium Green's functions. We further use the photon currents to formulate the rate of entropy production for steady-state nanosystems, and we recast this rate in terms of efficiency for specific photovoltaic-thermoelectric nanodevices. In a second part, a quantum dot based nanojunction is closely examined using a two-level model. We show analytically that the rate of entropy production is always positive, but we find numerically that it can reach negative values when the derived particule and energy currents are empirically modified as it is usually done for modeling realistic photovoltaic systems.

摘要

我们使用非平衡格林函数形式理论,讨论了能够将光能转换为电能或/和热能的电子纳米系统中能量转换的一些热力学方面。在第一部分中,我们推导了与光相互作用并与处于不同温度的两个电子库接触的纳米系统内部的光子能量和粒子流。验证了能量守恒,并从电子非平衡格林函数讨论了辐射定律。我们进一步使用光子流来制定稳态纳米系统的熵产生率,并针对特定的光伏 - 热电纳米器件,根据效率重新表述该速率。在第二部分中,使用双能级模型仔细研究了基于量子点的纳米结。我们通过分析表明熵产生率始终为正,但我们通过数值发现,当按照通常对实际光伏系统建模的方式对推导的粒子和能量流进行经验修正时,它可以达到负值。

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