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編者按：在理想條件下，經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的光伏電池在夜間每平方米可以產(chǎn)生高達(dá)50瓦的功率，約為白天常規(guī)太陽能電池板的四分之一。這種新型太陽能電池可能會全天候運(yùn)行。

如果太陽能電池在晚上工作怎么辦？加州大學(xué)戴維斯分校電氣和計(jì)算機(jī)工程系教授杰里米·蒙迪（Jeremy Munday）說，這可不是開玩笑。實(shí)際上，根據(jù)蒙迪和研究生特里斯坦·德佩（Tristan Deppe）撰寫的一份概念文件，在理想條件下，經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的光伏電池在夜間每平方米可以產(chǎn)生高達(dá)50瓦的功率，約為白天常規(guī)太陽能電池板的四分之一。該封面文章發(fā)表在2020年1月的ACS Photonics上。

蒙迪最近從馬里蘭大學(xué)加入加州大學(xué)戴維斯分校，他正在開發(fā)這些夜間太陽能電池的原型，這些太陽能電池可以產(chǎn)生少量電能。研究人員希望提高設(shè)備的功率輸出和效率。


蒙迪說，這一過程與普通太陽能電池的工作過程相似，但相反。與周圍環(huán)境相比較熱的物體將以紅外光的形式輻射熱量。常規(guī)太陽能電池比太陽涼爽，因此吸收光。

太空則是非常寒冷，因此，如果您有一個(gè)溫暖的物體并將其指向天空，它將向其輻射熱量。數(shù)百年來，人們一直在使用這種原理進(jìn)行夜間制冷。蒙迪說，在過去的五年中，人們對在白天可以做到這一點(diǎn)的設(shè)備（通過過濾掉陽光或避開太陽來向外輻射熱量）產(chǎn)生了濃厚的興趣。

通過散熱來發(fā)電

還有另一種稱為熱輻射電池的設(shè)備，該設(shè)備通過向周圍環(huán)境輻射熱量來發(fā)電。研究人員已經(jīng)探索使用它們來捕獲發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱。


（a）光伏（PV）電池和（b）熱輻射（TR）電池的能帶圖和電流-電壓曲線。對于PV電池，由太陽光輻射產(chǎn)生的過量電子和空穴將分別流向n型和p型半導(dǎo)體上的觸點(diǎn)，從而在負(fù)載中產(chǎn)生負(fù)電流以用于發(fā)電。相反，在TR電池中，源自非輻射過程的熱激發(fā)電子和空穴相反流動(dòng)，因此正電流將流過負(fù)載并發(fā)電。

蒙迪說：“我們正在考慮，如果我們將其中一種設(shè)備拿到溫暖的地方并指向天空，那該怎么辦？”

指向夜空的這種熱輻射電池會發(fā)出紅外線，因?yàn)樗韧馓諟嘏?br />
“常規(guī)的太陽能電池通過吸收陽光來發(fā)電，這會導(dǎo)致設(shè)備兩端出現(xiàn)電壓并使電流流過。在這些新設(shè)備中，光會被發(fā)射，電流和電壓的方向相反，但是仍然會產(chǎn)生能量。必須使用不同的材料，但是物理原理是相同的。”

如果采取措施阻止直射的陽光或使其遠(yuǎn)離陽光，則該設(shè)備也能夠在白天工作。
由于這種新型太陽能電池可能會全天候運(yùn)行，因此在晝夜循環(huán)中平衡電網(wǎng)是一個(gè)很有意思的選擇。

原標(biāo)題：反太陽能電池：夜間工作的光伏電池