太陽(yáng)能晚上也可以發(fā)電嗎？最近澳洲科學(xué)家想透過(guò)所謂的「輻射冷卻」機(jī)制，讓太陽(yáng)能板在夜間也有用處，期許最終可以發(fā)揮太陽(yáng)能板白天的十分之一電力。
夜晚太陽(yáng)能板確實(shí)有潛力，澳洲新南威爾士大學(xué)（UNSW）太陽(yáng)能與再生能源工程學(xué)院副教授 Ekins-Daukes 指出，白天時(shí)陽(yáng)光照射到地面，讓地表變暖，夜晚時(shí)地表會(huì)將相同數(shù)量的能量輻射回太空。
就氣象學(xué)來(lái)說(shuō)，這個(gè)就是所謂的輻射冷卻，地球表面所吸收的太陽(yáng)熱能，到了夜晚會(huì)向天空發(fā)射出長(zhǎng)波輻射，如果夜間天氣晴朗、微風(fēng)及乾燥的情況下，地表的溫度會(huì)快速冷卻，產(chǎn)生突然降到低溫的情形。新南威爾士大學(xué)團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，如果我們可以透過(guò)電池，將輻射流動(dòng)轉(zhuǎn)化為電能，那么就有大量未使用的潛在能量可供利用。
畢竟澳洲是世界上最大的屋頂太陽(yáng)能用戶之一。自 2001 年以來(lái)，擁有太陽(yáng)能板的客戶數(shù)量激增至超過(guò) 300 萬(wàn)，2021 澳洲家庭安裝的屋頂太陽(yáng)能達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的 3GW 以上。
不過(guò)話先說(shuō)在前頭，Ekins-Daukes 強(qiáng)調(diào)，「夜間太陽(yáng)能」技術(shù)仍處于早期階段。該研究證明其可行性，但發(fā)電量還是很低，相當(dāng)于一般太陽(yáng)能的 1/100,000，溫差為 12.5 C 的情況下，功率密度為每平方公尺 2.26 mW，輻射效率為 1.8%。
（Source：新南威爾士大學(xué)）
傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)基本上由 P 型與 N 型半導(dǎo)體結(jié)合而成，這種結(jié)構(gòu)稱為 PN 接面。當(dāng)半導(dǎo)體吸收陽(yáng)光時(shí)，PN 面對(duì)面會(huì)產(chǎn)生電子電洞對(duì)（electron-hole pair），在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，受刺激的電子和失去電子的電洞會(huì)朝相反方向移動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生電流與電壓。靠近接面的區(qū)域則會(huì)形成沒(méi)有可移動(dòng)載子的區(qū)域，此區(qū)域稱為空乏區(qū)（depletion region）。
團(tuán)隊(duì)所研發(fā)的設(shè)備名為熱輻射二極體（thermoradiative diode），工作原理基本上與太陽(yáng)能電池相反，吸收從地表（或其他熱源）向上發(fā)散的熱能，并將溫差轉(zhuǎn)變成電能，材料則與紅外夜視鏡相似。
新南威爾士大學(xué)太陽(yáng)能與再生能源工程學(xué)院講師 Michael Nielsen 指出，熱輻射二極體功能確實(shí)與傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池相反，但半導(dǎo)體 PN 界下來(lái)仍是設(shè)備核心，只是反向運(yùn)行罷了。Ekins-Daukes 表示，如今熱輻射二極體功率仍相當(dāng)?shù)停渲幸粋€(gè)挑戰(zhàn)實(shí)際上是檢測(cè)它，但該理論顯示，這項(xiàng)技術(shù)最終有可能產(chǎn)生大約 1/10 太陽(yáng)能電池功率。
