眾所周知,太陽能是當(dāng)今社會一種大有前途的可再生電源,就太陽能發(fā)電方式來看,一種是光熱發(fā)電:光能—熱能—電能轉(zhuǎn)換方式;另一種則是光伏:光能—電能直接轉(zhuǎn)換方式。其中,光伏就是利用光電效應(yīng),將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能,轉(zhuǎn)換的基本裝置就是太陽能電池。
近日,新南威爾士大學(xué)(UNSW)的一個團隊,展示了他們從“傳統(tǒng)太陽能電池的反面”產(chǎn)生的可測量的電力,成功使太陽能電池在夜間以逆向方式發(fā)電,最終產(chǎn)生了約1/10的太陽能電池板的電量。
具體來看,太陽能電池工作原理的基礎(chǔ),是半導(dǎo)體PN結(jié)的“光生伏特”效應(yīng)。所謂光生伏特效應(yīng),簡單說,就是當(dāng)物體受到光照時,其體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動勢和電流的一種效應(yīng)。
當(dāng)太陽光照射PN結(jié)時,在半導(dǎo)體內(nèi)的電子由于獲得了光能而釋放電子,相應(yīng)地便產(chǎn)生了電子-空穴對,并在勢壘電場的作用下,電子被驅(qū)向N型區(qū),空穴被驅(qū)向P型區(qū),從而使N區(qū)有過剩的電子,P區(qū)有過剩的空穴;于是,就在PN結(jié)的附近形成了與勢壘電場方向相反的光生電場。
光生電場的一部分抵消勢壘電場,其余部分使P型區(qū)帶正電、N型區(qū)帶負(fù)電;于是就使得N區(qū)與P區(qū)之間的薄層產(chǎn)生的電動勢,即“光生伏打”電動勢。當(dāng)接通外電路時,便有電能輸出。但電能輸出的前提,是天上下來的光子的熱能啟動了這個過程。
而這并不只是一個單向的過程。隨著我們星球的旋轉(zhuǎn),太陽輻射在白天加熱了地球,但地球在涼爽的夜晚又將這些能量作為紅外光釋放出來。新南威爾士大學(xué)的一個研究小組就嘗試?yán)昧诉@種流入較冷空氣的紅外光子。
該研究小組的裝置被稱為熱輻射二極管,它的工作原理基本上跟太陽能電池相反,其接受從地球(或任何其他熱源)向上輻射到較冷區(qū)域的熱能,另外還將跨越該溫差的能量流轉(zhuǎn)化為電動勢,它是用一些用于紅外夜視鏡的相同材料建造而成。
新南威爾士大學(xué)光伏和可再生能源工程學(xué)院的講師和研究員Michael Nielson博士在一封電子郵件中介紹道:“在功能上,它確實是傳統(tǒng)太陽能電池的反面。但它仍使用一個半導(dǎo)體P-N結(jié)作為設(shè)備的核心(只是反向運行)。熱力學(xué)上我們可以通過光的發(fā)射而不是吸收來產(chǎn)生能量的想法對許多人來說可能是一個絆腳石,但很像太陽能電池,我們在這里最終擁有的是一個熱引擎,區(qū)別在于將功率轉(zhuǎn)換器從冷端換到熱端。”
在未來,利用這項技術(shù)或許將幫助人們從任何當(dāng)用熱像儀觀察到會發(fā)光的東西中產(chǎn)生能量。這可能包括從工業(yè)廢熱中收集能量,或甚至有可能創(chuàng)造出依靠人體自身熱量運行的仿生設(shè)備。
當(dāng)然,研究團隊表示,這在很大程度上是一個早期步驟,顯然在優(yōu)化和開發(fā)方面,他們還有很長的路要走。不過他們希望商業(yè)世界能夠介入,以資助和推動下一階段的工作。
原標(biāo)題:陳根:反向操作,讓太陽能電池在夜間發(fā)電