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光伏电池可逆?澳洲科学家研发新设备 可在夜间通过光发散发电

2022年05月19日 15:50 来源:财联社
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财联社上海5月19日讯(编辑黄君芝)据报道,澳大利亚新南威尔士大学(UNSW)的一个团队在世界上首次展示了“逆向太阳能电池”的发电能力。据称,最终它的发电量将达到太阳能电池板的十分之一,不过它的工作时间是在夜间。

众所周知,太阳能电池板从太阳光中吸收能量并将其转化为电能。简而言之,它们在P-N结中使用了两个不同处理的硅半导体层。其中,N层掺入了额外的电子“供体”杂质,P层掺入了“受体”杂质。在中间有一个“耗尽区”,在那里这些电子和接受电子的空穴或多或少地会相互抵消,并形成一个屏障进而阻止所有N面的电子直接扩散到P面。

当阳光照射在电池上时,照射进来的光子中的热能在硅中被吸收,如果“耗尽区”的电子得到足够的能量来跳过两边的带隙,它就可以从其空穴中跳出来并被加速跨越到N边及增加两边的电压电位。在一个外部电路中将两边连接在一起之后,则可以让电子回到P面并做电功。

所有这些都可以解释为,阳光中的光子热能启动了这个过程。但这并不只是一个单向的过程。随着我们星球的旋转,太阳辐射在白天令地球升温,但在凉爽的夜晚,地球又将这些能量作为红外光释放出来。新南威尔士大学的一组研究人员正在利用这种气温稍低的红外光子流。

光伏电池可逆?澳洲科学家研发新设备 可在夜间通过光发散发电

该研究小组的装置被称为热辐射二极管,它的工作原理基本上跟太阳能电池相反,其接受从地球或任何其他热源辐射到气温较低区域的热能,另外还将跨越该温差的能量流转化为电势能。这种设备是用一些用于与红外夜视镜相同的材料建造而成。

光伏电池可逆?澳洲科学家研发新设备 可在夜间通过光发散发电

新南威尔士大学光伏和可再生能源工程学院的讲师和研究员Michael Nielson博士在一封电子邮件中解释说,“在功能上,它确实与传统太阳能电池相对而立。但它仍然使用半导体P-N结作为器件的核心(只是反向运行)。”

“热力学上我们可以通过光的发射而不是吸收来产生能量的想法,对许多人来说可能是一个绊脚石,但很像太阳能电池。我们在这里最终拥有的是一个热引擎,区别在于将功率转换器从冷端换到热端。”

该研究报告的合著者、副教授Ned Ekins-Daukes解释说,“只要有能量流动,我们就可以实现不同形式之间转换。”研究成果已于近期发表在了《ACS Photonics》杂志上。

光伏电池可逆?澳洲科学家研发新设备 可在夜间通过光发散发电

需要指出的是,在这个冷辐射阶段,发电能力并不是很大。在温差仅为12.5℃的情况下,该团队设法测量了每平方米2.26毫瓦的热辐射电功率密度峰值,估计辐射效率为1.8%。

研究人员表示,“目前,我们用热辐射二极管进行的演示功耗相对非常低。真正的挑战之一是检测。但理论上说,这项技术有可能最终产生约为太阳能电池十分之一的能量。”

事实上,当你通过热像仪看到任何发光的物体时,利用这项技术或多或少地都能产生能量。这可能包括从工业废热中获取能量,或者甚至可能创造出利用人体自身热量运行的仿生设备。

光伏电池可逆?澳洲科学家研发新设备 可在夜间通过光发散发电

该团队表示,这是非常早期的一步,在优化和开发方面还有很长的路要走。研究人员希望商业世界能够介入,为下一阶段的发展提供资金和动力。

(责任编辑:CF011)

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