新南威爾士大學(UNSW)的一個團隊展示了從“傳統太陽能電池的反面”產生的可測量的電力，這是全球第一次實現這樣的技術。據悉，它最終可以產生約1/10的太陽能電池板的電量–不過是發生在夜間。

眾所周知，太陽能電池板從太陽光中吸收能量並將其轉化為電能。簡而言之，它們在PN結中使用了兩個不同處理的矽半導體層。其中，N層摻入了額外的電子“供體”雜質，P層摻入了“受體”雜質–供電子進入的空間–在中間有一個“耗盡區”，在那裡這些電子和接受電子的空穴或多或少地會相互抵消，並形成一個屏障進而阻止所有N面的電子直接擴散到P面。

當陽光照射在電池上時，進入的光子中的熱能在矽中被吸收，如果耗竭區的電子得到足夠的能量來跳過兩邊的帶隙，它就可以從其空穴中跳出來並被加速跨越到N邊及增加兩邊的電壓電位。在一個外部電路中將兩邊連接在一起之後，則可以讓電子回到P面並做電功。

所有這些都是說，是天上下來的光子的熱能啟動了這個過程。但這並不只是一個單向的過程。隨著我們星球的旋轉，太陽輻射在白天加熱了地球，但地球在涼爽的夜晚又將這些能量作為紅外光釋放出來。新南威爾士大學的一個研究小組正在努力利用這種流入較冷空氣的紅外光子。

該研究小組的裝置被稱為熱輻射二極管，它的工作原理基本上跟太陽能電池相反，其接受從地球（或任何其他熱源）向上輻射到較冷區域的熱能，另外還將跨越該溫差的能量流轉化為電動勢。它是用一些用於紅外夜視鏡的相同材料建造而成。

新南威爾士大學光伏和可再生能源工程學院的講師和研究員Michael Nielson博士在一封電子郵件中介紹道：“在功能上，它確實是傳統太陽能電池的反面。但它仍使用一個半導體PN結作為設備的核心（只是反向運行）。熱力學上我們可以通過光的發射而不是吸收來產生能量的想法對許多人來說可能是一個絆腳石，但很像太陽能電池，我們在這裡最終擁有的是一個熱引擎，區別在於將功率轉換器從冷端換到熱端。”

只要有能量流動的地方，我們就可以在不同的形式之間進行轉換，”研究論文共同作者Ned Ekins-Daukes副教授說道。

這種“發射式能量收集器”早在2014年就從理論上提出了，但發表在《ACS Photonics》上的這篇新論文標誌著這種東西首次被證明實際產生了可測量的功率。

需要指出的是，在這個階段，這不是一個很大的功率。在溫差僅為12.5℃的情況下，該團隊設法測量了每平方米2.26毫瓦的熱輻射電功率密度峰值，估計輻射效率為1.8%。

Ekins-Daukes表示：“現在，我們擁有的熱輻射二極管的演示是相對非常低的功率。而挑戰之一就是實際檢測它。但理論上說，這項技術有可能最終產生約1/10的太陽能電池的功率。”

事實上，有可能利用這項技術從任何當用熱像儀觀察到會發光的東西中產生能量。這可能包括從工業廢熱中收集能量，或甚至有可能創造出依靠人體自身熱量運行的仿生設備。

研究團隊表示，這在很大程度上是一個早期步驟，顯然在優化和開發方面，他們還有很長的路要走。不過他們希望商業世界能夠介入，以資助和推動下一階段的工作。