利用热辐射的“夜间太阳能”技术

编译|| 少数异见

校正|| FM0199

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概要：

到目前为止，很多科学家已经在设计和研究“夜间太阳能发电技术”。

澳大利亚新南威尔士大学 (UNSW) 的 Nicholas J. Ekins Dorks 等研究团队也在挑战这一领域。

最近，他们利用夜视镜材料成功开发了一种利用红外辐射的“夜间太阳能电池”。

虽然在现阶段，它只能产生少量的电力，但它有潜力在未来的各个领域发挥积极作用。

该研究的详细信息发表在2022 年 5 月 9 日的科学期刊ACS Photonics上。

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsphotonics.2c00223

Figure 1. 红外摄像机图像。你可以看到红外线是从物体和人身上发出的。/ 引用：Nicholas J. Ekins-Daukes (UNSW)

红外线对人眼是不可见的，但所有物体都会根据它们的温度发射不同量的红外线(Fgiure 1)。

红外线传感器接收红外线并将其转换为电信号，再进行计算成像。

而在这项研究中， 我们采用了 用于红外传感器的材料“ HgCdTe（碲化汞镉，

Figure 2） ” 用于 “夜间太阳能电池”。

Figure 2. 热辐射二极管/引用：Nicholas J. Ekins-Daukes (UNSW)

研究团队将新开发的半导体器件称为“热辐射二极管”

据该团队称， “ “热辐射二极管”通过对外释放红外线便能发电。”

那么热辐射二极管是如何使用的，它们会产生多少功率呢？

热辐射二极管也是利用太阳能的。

当地球表面在白天被阳光加热时，这种能量在晚上以红外线的形式发射到外太空。

Figure 3 . 夜间的热辐射分布：Nicholas J. Ekins-Daukes (UNSW)

热辐射二极管可以通过红外辐射发电，通过把其放入有温差的环境中，

即使在晚上也可以发电。

说起光伏发电，常见的就是太阳能电池板。

然而，这次开发的热辐射二极管在太阳能离开地球时也能够 发电 。

Figure 4 热辐射二极管的概念图。从发射的红外线产生能量

实验已经证明了该设备确实能够发电。

然而，发电量为每平方米2.26 mW， 约为太阳能电池板发电量的1 / 100,000 。

这个效率，即使你整晚都在发电，甚至不能在早上煮一杯咖啡。

该团队阐述了该发现的价值。

“理论上，可以产生大约十分之一的太阳能电池板功率”，我们可以期待未来的进展。

他们并补充道，要使这项技术成为突破性技术，不应低估行业介入并真正推动它的必要性。我想说这里还有大约十年的大学研究工作要做。然后它需要工业来接受它。

如果业界能够看到这对他们来说是一项有价值的技术，那么进展可能会非常快。

AdvTech短评：

你好，材料可以到网上去买，温差半导体发电技术，它的工作原理是在两块不同性质的半导体两端设置一个温差，于是在半导体上就产生了直流电压。温差半导体发电有着无噪音、寿命长、性能稳定等特点。可在零下40摄氏度的寒冷环境中迅速启动，因此在实际中得到越来越广泛的应用。

温差发电是一种新型的发电方式，利用塞贝尔效应将热能直接转换为电能。以半导体温差发电模块制造的半导体发电机,只要有温差存在即能发电。工作时无噪音、无污染，使用寿命超过十年，免维护，因而是一种应用广泛的便携电源。半导体温差发电机,目前主要用于油田、野外、军事等领域。如美国Teledyne Inc. 开发的军用、油田专用发电机年销售额超过十亿美元。该项目的另一市场化领域在于将发电装置用于太阳能、地热、工业废能等的利用，使热能直接转化为电能。另外，半导体发电模块体积小，重量轻，便于携带，可广泛用于小家电制造、仪器仪表、玩具及旅游业。

首先得了解光生伏特效应，其效应是利用PN结而发电的。具体原理如下：P型，掺杂铝、硼、嫁等三价元素，成为空穴型半导体，性质为最外层有三个电子，与硅形成共价键，易得到一个电子。N型，掺杂磷、锑、砷等五价元素，成为电子型半导体，性质为最外层有五个电子，与硅形成共价键，易失去一个电子。当P-N结同时存在时，而N型的电子浓度大，向P型一侧移动，造成电子在P型材料富集，表现负电荷；同样，P型的空穴浓度大，向N型一侧移动，造成空穴在N型材料富集，表现正电荷；这样内建电场就形成。在P-N结的内建电场作用下，N区在太阳能电池受光面时，P区的电子向N区运动，即受光面积累大量电子；P区在电池背光面，N区的空穴向P区运动，积累大量空穴。在电池受光、背光两面引出金属电极，并用互连带连接负载，用电表就能检测到有电流在负载上通过。

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