Солнечное излучение серьёзно прогревает днём поверхность Земли и объекты на ней, но ночью тепло в значительных объёмах улетучивается в открытый космос. Было бы заманчиво использовать эту энергию для получения электричества в ночные часы и работы в этом направлении ведутся. Свой вклад для будущего прорыва в области электрической генерации в инфракрасном диапазоне внесли учёные из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW Sydney).
Источник изображения: American Chemical Society
Команда исследователей, включая специалистов Центра передового опыта ARC, использовала устройство для выработки энергии под названием «терморадиационный диод», который похож на технологию, используемую в очках ночного видения. Количество энергии, полученной в результате новых экспериментов, невелико и примерно эквивалентно 0,001 % от возможностей типичного солнечного элемента, но доказательство концепции имеет большое значение.
«Обычно мы думаем об излучении света как о чём-то, что потребляет энергию, но в средней инфракрасной области, где мы все светимся лучистой энергией, мы показали, что можно извлекать электрическую энергию, — сказал один из авторов исследования. — У нас ещё нет чудо-материала, который сделает терморадиационный диод повседневной реальностью, но мы обеспечили доказательство принципа, и нам не терпится увидеть, насколько мы сможем улучшить этот результат в ближайшие годы».
Для доказательства концепции, что энергия может вырабатываться в процессе теплового радиационного излучения от термогенератора с более высокой температурой, чем температура окружающей среды, учёные использовали фотодиоды на основе соединения HgCdTe (ртуть, кадмий и теллур). Были проведены как измерения в фотоэлектрических и терморадиационных режимах, так и предприняты теоретические выкладки, включая критические нерадиационные процессы (классическая термодинамика).
Выяснилось, что при разнице температур всего в 12,5 °C фиксируется пиковая терморадиационная плотность электрической мощности 2,26 мВт/м2 для фотодиода, излучающего вблизи 4,7 мкм, с оценкой радиационной эффективности 1,8 %. Этих данных достаточно, чтобы ожидать достижения высокой радиационной эффективности полупроводников среднего инфракрасного диапазона для реализации в будущем терморадиационной генерации энергии, но в этом направлении ещё работать и работать.