傳統的太陽能技術吸收入射的太陽光來產生電壓。雖然似乎很奇怪,但是有些材料卻能夠反向運行,當將熱能輻射回寒冷的夜空時,能夠產生能量。

反道而行

一澳洲的工程師團隊現在展示了該理論的實際應用,使用了普遍出現在夜視望遠鏡中的那種技術來產生能量。

目前,這個原型只產生了小量能量,且本身大概不太可能成為再生能源的可靠來源,但是若與現有的光伏科技做結合,它就可以利用、由發熱了整整一天後冷卻下來的太陽能電池所提供的小量能量。

新南威爾斯大學(University of New South Wales)的物理學家菲比·皮爾斯研究員(Phoebe Pearce)說:「直接將太陽光轉成電力的光伏技術是一種人類所研發的人工過程,目的是將太陽能轉成能量。從此意義上來說,熱輻射過程是類似的:我們在將紅外線中的能量,從溫暖的地球轉至寒冷的宇宙中。」

運作原理

藉由將原子們擺放於任何受熱而搖晃的材料中,你正在迫使它們的電子產生紅外光型態的低能電磁輻射漣漪。儘管這道電子顫動可能蠻黯淡無光,但是它仍然有潛力來啟動緩慢的電流。它所需的就是二極體,一種電子的單向交通訊號。

藉由結合正確的元素,一個二極體能夠隨著其慢慢地散熱至較涼的環境中,而推動電子往路上移動。在這個例子當中,二極體是由碲化汞鎘(mercury cadmium telluride,MCT)所組成。由於 MCT 已經用於偵測紅外線的設備中,因此我們非常了解,MCT 有能力吸收中長範圍紅外光、並將其轉成電流。

目前情況

還沒有完全清楚的是,這種特別的把戲能夠如何有效率地被使用,來作為實際的能量來源。當被加熱到攝氏 20 度時,其中一個進行測試的 MCT 光伏偵測器,產生了每平方公尺 2.26 毫瓦的能量密度。

雖然,就算提供了這樣的能量,這還不夠讓沖早上咖啡的一壺水沸騰。這可能需要足以覆蓋幾個街區的 MCT 面板,才能完成這麼一個小小的任務。但,有鑑於這項技術還在非常早期的階段,那也真的不是重點;而且,這項技術有潛力在未來顯著地發展。

研究的主要研究者奈德·艾金士-德克斯副教授(Ned Ekins-Daukes)說:「現在,我們所展示的熱輻射二極體的功率相對非常低。其中一項實際的挑戰是偵測它。但是理論上說,這項科技最終很有可能產生太陽能電池能量的約 1/10。」

未來展望

在這些各種效率之下,或許值得努力將 MCT 二極體編至更典型的光伏網路中。如此一來,它們就能在太陽下山很久後,繼續為電池充電。

該清楚說明的是,使用地球冷卻來作為低能輻射來源,是工程師們已經有一段時間的想法了。不同的方法已經看見不同的結果,各自有它們自己的成本與益處。

不過,藉由測試每一種方法的極限、以及微調它們的能力好吸收更多紅外線帶寬,我們可以得出一套技術,能夠從幾乎任何類型的廢熱中,榨取每一滴的能量。

艾金士-德克斯副教授說:「將來,這項科技可能有潛力獲得該能量,並且移除掉在某些裝置中擺設電池的必要性、或者能夠幫忙重新充電。在這方面,傳統太陽能不一定是可行的選擇。」

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參考資料:

  1. McRae, M., (2022, May 18). New Kind of ‘Solar’ Cell Shows We Can Generate Electricity Even at Night. ScienceAlert
  2. Nielsen, M. P. et al., (2022, May 9). Thermoradiative Power Conversion from HgCdTe Photodiodes and Their Current–Voltage Characteristics. ACS Photonics. doi.org/10.1021/acsphotonics.2c00223
  3. 圖片來源:https://www.sciencealert.com/engineers-measure-the-potential-of-a-new-kind-of-solar-cell-fueled-by-the-night(圖:itman__47/iStock/Getty Images)
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