Команда ученых из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) впервые продемонстрировала выработку электроэнергии с помощью «инверсного солнечного элемента». Батарея производит примерно в десять раз меньше энергии, чем обычная солнечная панель, но работает ночью.
Как это работает?
Классические солнечные батареи поглощают энергию солнечного света и превращают ее в электричество. Они используют два по-разному обработанных кремниевых полупроводниковых слоя в так называемом P-N-переходе. Слои кремния имеют разные типы проводимости - положительный и отрицательный. Между слоями образуется «область перехода» - барьер, который препятствует свободному переходу электронов.
Когда солнечный свет светит на солнечную ячейку, тепловая энергия во входящих фотонах поглощается кремнием. Когда электрон в положительном P-слое получает от солнца достаточно энергии, он может «перепрыгнуть» этот барьер и направиться к отрицательному N-слою. Это создает потенциал напряжения, в результате которого и появляется электрический ток.
Но оказывается, что это вовсе не односторонний процесс. Солнечное излучение нагревает Землю в дневное время, но ночью поверхность Земли возвращает энергию в пространство виде инфракрасного излучения. Именно этот поток инфракрасных фотонов используется для генерации энергии в «ночной солнечной батарее».
Терморадиация
Ученые создали устройство под названием терморадиационный диод. Оно работает как обратная солнечная батарея, принимая тепловую энергию, излучаемую поверхностью Земли и превращая ее в электричество. Диод создан с применением тех же материалов, что используются в инфракрасных очках ночного видения.
«Это обратная функция обычного солнечного элемента. Он все еще использует полупроводниковый P-N переход в качестве основы, просто запускает его в обратном направлении», - говорит доктор Майкл Нильсен, преподаватель Школы фотоэлектрической и возобновляемой энергетики UNSW.
Важно, что такой диод может вырабатывать энергию не только от Земли, но вообще от любого источника тепла. Важен лишь перепад температур, обеспечивающий инфракрасное излучение. При разнице температур всего в 12,5 градусов Цельсия эффективность выработки энергии составляет около 1,8%. Это немного, но ученые работают над совершенствованием технологии. По их словам, в конечном итоге она сможет производить около 1/10 от мощности солнечных батарей сопоставимой площади.
Исследование опубликовано в журнале ACS Photonics.
