Исследователи UNSW совершили крупный прорыв в технологии возобновляемых источников энергии, производя электричество из так называемой «ночной» солнечной энергии.

Команда из Школы фотоэлектрической и возобновляемой энергетики вырабатывала электричество из тепла, излучаемого в виде инфракрасного света , точно так же, как Земля охлаждается, излучая в космос ночью.

Полупроводниковое устройство, называемое терморадиационным диодом, состоящее из материалов, используемых в очках ночного видения, использовалось для выработки энергии за счет излучения инфракрасного света.

Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Photonics .

Хотя количество энергии, вырабатываемой на этом этапе, очень мало — примерно в 100 000 раз меньше, чем мощность, вырабатываемая солнечной панелью, — исследователи считают, что результат может быть улучшен в будущем.

«Мы однозначно продемонстрировали электрическую мощность терморадиационного диода», — сказал руководитель группы, доцент Нед Экинс-Даукс.

«Используя тепловизионные камеры , вы можете увидеть, сколько излучения ночью, но только в инфракрасном, а не в видимом диапазоне длин волн. Мы создали устройство, которое может генерировать электроэнергию за счет излучения инфракрасного теплового излучения».

Поток энергии

A/Prof Ekins-Daukes говорит, что процесс в конечном итоге все еще использует солнечную энергию, которая попадает на Землю в виде солнечного света в течение дня и нагревает планету.

Ночью эта же энергия излучается обратно в обширную холодную пустоту космического пространства в виде инфракрасного света, и теперь доказано, что терморадиационный диод способен генерировать электричество, используя преимущества этого процесса.

«Всякий раз, когда есть поток энергии, мы можем преобразовывать его между различными формами», — сказал он. «Фотогальваника, прямое преобразование солнечного света в электричество, представляет собой искусственный процесс, который люди разработали для преобразования солнечной энергии в электрическую. В этом смысле терморадиационный процесс аналогичен: мы отклоняем энергию, текущую в инфракрасном диапазоне, от теплой Земли. в холодную вселенную», — добавила доктор Фиби Пирс, один из соавторов статьи.

«Точно так же, как солнечный элемент может генерировать электричество, поглощая солнечный свет, излучаемый очень горячим солнцем, терморадиационный диод генерирует электричество, излучая инфракрасный свет в более холодную среду. В обоих случаях разница температур — это то, что позволяет нам генерировать электричество».

Прорыв команды UNSW является захватывающим подтверждением ранее теоретического процесса и является первым шагом в создании специализированных и гораздо более эффективных устройств, которые однажды смогут улавливать энергию в гораздо большем масштабе.

А/проф. Экинс-Даукс сравнивает новое исследование с работой инженеров Bell Labs, которые продемонстрировали первый практический кремниевый солнечный элемент в 1954 году.

Тот первый кремниевый солнечный элемент имел КПД всего около 2%, но теперь современные элементы способны преобразовывать около 23% солнечного света в электричество.

А доктор Майкл Нильсен, соавтор статьи, сказал: «Даже если до коммерциализации этих технологий еще далеко, быть в самом начале развивающейся идеи — это такое захватывающее место для исследователя. .

«Используя наши знания о том, как проектировать и оптимизировать солнечные элементы и заимствуя материалы у существующего сообщества фотодетекторов среднего инфракрасного диапазона, мы надеемся на быстрый прогресс в реализации мечты о солнечной энергии в ночное время».

Исследовательская группа считает, что новая технология может иметь множество применений в будущем, помогая производить электроэнергию способами, которые в настоящее время невозможны.

Энергия от тепла тела

Одним из них может быть питание бионических устройств, таких как искусственные сердца, которые в настоящее время работают от батарей, которые необходимо регулярно заменять.

А/проф. Экинс-Даукс сказал: «В принципе, мы можем генерировать энергию способом, который мы продемонстрировали, только из тепла тела, которое вы можете увидеть светящимся, если посмотрите через тепловизионную камеру.

«В будущем эта технология потенциально может собирать эту энергию и устранять необходимость в батареях в определенных устройствах или помогать их перезарядке. Это не то, где обычная солнечная энергия обязательно будет жизнеспособным вариантом».

Новые результаты UNSW основаны на предыдущей работе группы, в которой соавтор Андреас Пуш разработал математическую модель, которая помогла провести их лабораторные эксперименты.

Теперь исследовательская группа надеется, что лидеры отрасли осознают потенциал новой технологии и поддержат ее дальнейшее развитие.

«Прямо сейчас демонстрация терморадиационного диода имеет относительно очень низкую мощность. Одной из проблем было его фактическое обнаружение. Но теория говорит, что эта технология в конечном итоге может производить около 1/10 мощности солнечного ячейка», А/проф. — сказал Экинс-Даукс.

«Я думаю, что для того, чтобы это была прорывная технология, мы не должны недооценивать необходимость того, чтобы отрасли вмешивались и действительно продвигали ее. Я бы сказал, что здесь еще предстоит провести около десяти лет университетской исследовательской работы. промышленность, чтобы забрать его.

«Если промышленность увидит, что эта технология ценна для них, прогресс может быть очень быстрым.

«Чудо солнечной энергии сегодня обязано всемирно известным исследователям, таким как профессор Scientia Мартин Грин из UNSW, а также промышленникам, которые собрали большие суммы денег для расширения производства».