反向操作,让太阳能电池在夜间发电

文／陈根

众所周知，太阳能是当今社会一种大有前途的可再生电源，就太阳能发电方式来看，一种是光热发电：光能—热能—电能转换方式；另一种则是光伏：光能—电能直接转换方式。其中，光伏就是利用光电效应，将太阳能直接转换成电能，转换的基本装置就是太阳能电池。

近日，新南威尔士大学(UNSW)的一个团队，展示了他们从“传统太阳能电池的反面”产生的可测量的电力，成功使太阳能电池在夜间以逆向方式发电，最终产生了约1／10的太阳能电池板的电量。

具体来看，太阳能电池工作原理的基础，是半导体PN结的“光生伏特”效应。所谓光生伏特效应，简单说，就是当物体受到光照时，其体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。

当太阳光照射PN结时，在半导体内的电子由于获得了光能而释放电子，相应地便产生了电子-空穴对，并在势垒电场的作用下，电子被驱向N型区，空穴被驱向P型区，从而使N区有过剩的电子，P区有过剩的空穴；于是，就在PN结的附近形成了与势垒电场方向相反的光生电场。

光生电场的一部分抵消势垒电场，其余部分使P型区带正电、N型区带负电；于是就使得N区与P区之间的薄层产生的电动势，即“光生伏打”电动势。当接通外电路时，便有电能输出。但电能输出的前提，是天上下来的光子的热能启动了这个过程。

而这并不只是一个单向的过程。随着我们星球的旋转，太阳辐射在白天加热了地球，但地球在凉爽的夜晚又将这些能量作为红外光释放出来。新南威尔士大学的一个研究小组就尝试利用了这种流入较冷空气的红外光子。

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，其接受从地球向上辐射到较冷区域的热能，另外还将跨越该温差的能量流转化为电动势，它是用一些用于红外夜视镜的相同材料建造而成。

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介绍道：“在功能上，它确实是传统太阳能电池的反面。但它仍使用一个半导体P-N结作为设备的核心(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。”

在未来，利用这项技术或许将帮助人们从任何当用热像仪观察到会发光的东西中产生能量。这可能包括从工业废热中收集能量，或甚至有可能创造出依靠人体自身热量运行的仿生设备。

当然，研究团队表示，这在很大程度上是一个早期步骤，显然在优化和开发方面，他们还有很长的路要走。不过他们希望商业世界能够介入，以资助和推动下一阶段的工作。

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