反向操作，讓太陽能電池在夜間發(fā)電

文／陳根

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?！?/p>

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。

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