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这就是黑暗中能发电的太阳能电池

本文作者:王强 2015-01-13 16:26
导语:“太阳能手电筒”是一个经典的冷笑话。需要环境光照才能点亮的手电筒常被当做是无用发明的典型例子。不过技术发展经常会出乎人们的意料:日前日本国际尖端技术研究所开发出了一种可以在漆黑环境下发电的太阳能电池。“太阳能手电”要摆脱鸡肋的尴尬地位了吗?

这就是黑暗中能发电的太阳能电池

雷锋网(公众号:雷锋网)按:据日本媒体报道,日本国际尖端技术综合研究所日前开发出在漆黑环境也能发电的光伏电池。该电池可借助人眼无法看到的红外光产生电力,点亮耗电量较少的发光二极管(LED)灯。

“太阳能手电筒”是一个经典的冷笑话。需要环境光照才能点亮的手电筒常被当做是无用发明的典型例子。不过技术发展经常会出乎人们的意料:日前日本国际尖端技术研究所开发出了一种可以在漆黑环境下发电的太阳能电池。“太阳能手电”要摆脱鸡肋的尴尬地位了吗?

与常见的太阳能电池,术语称光伏电池不同,日本开发的这种光伏电池可以将肉眼难以察觉的红外光线转换为电能。自然界的物体都会散发红外辐射,所以用红外摄影机可以在漆黑无光的夜晚清晰的观察世界。如果可以利用这些红外辐射,光伏电池就可以在人眼所见的黑暗环境下输出电力。日本研究所希望此种技术可以应用在特种场景,制造出在蓄电池失效时也能在暗处使用的应急照明灯。

光伏电池是利用光伏效应将光辐射能直接转换为电能的一种技术。光伏效应全称光生伏特效应,在1839年即被发现。光线照射下半导体金属的电子会获得能量,能量高到一定程度就会逃出金属。将两种可以分别产生正负电势的半导体材料贴近,接触面就会在光照条件下产生电压。有了电压,逃逸出的电子就可以在接触面之间流动形成电流。这就是光伏发电的基本原理。其中,电子获得的能量取决于接收光线的频率。光线频率越高则转换得到的电子能量越大。电子能量较大,则光伏电池的发电效率也就会更高。

从红色波段到紫色波段,光线的波长越来越短,而频率越来越高。理想的光伏电池应该能捕捉所有波段的光线能量并全部转化为电能,但实际应用中电池只能为一小段波长的光线优化,对少数几种颜色的光线高效吸收 。如果电池设计为只能在能量较低的红色、红外光波段有很好的转化率,就会浪费其他波段的高能量辐射,降低系统的发电效率。因此大部分的光伏电池都是为远红外波段优化的,自然就难以在黑暗的、只有物体红外辐射的场景中发电了。

日本研究所此次开发的技术则独辟蹊径,专门为黑暗、低照度场景研制了光伏电池。由于红外波段光线能量很低,这种电池的输出功率密度也是很低的,在正常光照条件下远不如一般的太阳能发电系统。但在漆黑的室内,这种电池可以利用红外辐射转化为电力长时间点亮功耗很低的LED灯泡,这对灾难救援等状况而言意义巨大。诸如地震、洪水、塌方等严重灾难中,使用蓄电池的应急照明灯往往只能使用很短的时间。被困在漆黑不见五指的室内、坑道中的人员需要不用蓄电池也可以持续工作的照明设备,此时红外光伏电池就可以大显身手了。

为了方便实际应用并降低成本,日本研发的这种电池还采用了染料敏化制造技术。我们常见的太阳能电池板都是硅电池板,发电效率高但成本高昂、外形笨重、难以做成复杂的形态。染料敏化光伏电池是利用染料喷涂制造电池的技术,与硅电池相比成本极低而且形态自由,可以与各种材质表面融合,是光伏电池的明日之星。只是现阶段染料敏化电池的稳定性太差,在高强度光照下使用一定时间就会失效,因此尚难以实用化。但此次日本研制的这种红外波段光伏电池本来就是为昏暗场景设计,且不像一般硅电池那样要求长年累月的工作时间,恰恰规避了染料敏化技术的缺点。使用这种技术后,电池可以很容易地应用于各种形态的应急照明设备,又不需要很高的成本,商业化的前景比较乐观。

这项技术成熟并大规模推广后,有朝一日我们会看到随处可见的应急照明灯都装上了红外光伏发电组件。灾难发生后,一盏“长明灯”可以为黑暗废墟中的灾民提供很大帮助,甚至为他们带去求生的勇气。天灾难料,但技术的进步可以让人类在与自然搏斗时更有胜算。即便是“太阳能手电筒”这样的发明,经过改进后也终能造福于民。

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