研究团队计划设计新的太阳能电池在夜间发电原标题：斯坦福学者让太阳能

黑龙江龙网_原标题：斯坦福学者让太阳能电池在夜间发电，功率可达50毫瓦/平方米
研究者表示，他们设计的光伏电池装置可以为LED灯或者手机充电。

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通过利用太阳能电池板和周围空间之间的温差，工程师们已经制造出了可以在夜间发电的太阳能电池。与日间太阳能电池每平方米发电100至200瓦相比，夜间功率可以达到50毫瓦/每平方米。
这项研究近日发表在《应用物理快报》上，论文的标题为《Nighttimeelectricpowergenerationatadensityof50mW/m^2viaradiativecoolingofaphotovoltaiccell》，作者分别来自斯坦福大学和ASML公司。

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论文地址：https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/5.0085205
论文作者之一、斯坦福大学电气工程教授ShanhuiFan表示，「对于LED灯、手机充电或者为小型传感器充电等低功率密度应用来说，夜间发电的太阳能电池在经济上很有趣。」

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ShanhuiFan
Fan及其同事利用了辐射冷却的概念，在这种现象下，材料在吸收了一整天的太阳能之后将热量辐射到天空中。其他人之前已经利用这种现象来制造冷却涂料和节能空调。并且，由于这种现象的影响，朝向天空的标准太阳能电池在夜间的温度低于周围空气的温度，这会导致热量从周围空气流向太阳能电池。Fan等正是利用这种热流动来发电。

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辐射冷却原理图。图源：法国里昂国立应用科学学院。
为此，研究者将一块光伏电池（PV）与商用热电发电机（TEG）模块集成在一起，将温差转换为电能。其中， TEG位于太阳能电池下方，它们之间的铝镀片材料将热量从太阳能电池传导至TEG 。TEG的另一侧通过一个散热器连接到周围空气。下图1为夜间利用光伏电池的辐射冷却发电流程。

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虽然现有太阳能电池板在利用TEG改装后可以在夜间发电，但使这些设备协同良好工作的关键是太阳能电池与TEG之间的热接触非常紧密，这是改装方案必须克服的一个挑战。

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PV-TEG设备的设计原理图和原型机。
2021年10月，研究团队在斯坦福大学的一处屋顶上对TEG集成的太阳能电池原型机进行了为期三天的测试。结果发现，夜间发电达到了50毫瓦/每平方米。他们估计在更热更干燥的气候中，相同的装置可以达到100毫瓦/每平方米。

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多天的温度和功率测量。
Fan表示未来还有很大的改进空间，毕竟他们使用的传统太阳能电池不是为辐射冷却而设计的。它发射波长10微米左右的中红外范围内的热波。通过调整发射波长，太阳能电池可以在夜间变得更冷，从而增加温差以及TEG产生的功率。
他表示，「原则上可以设计太阳能电池的热发射特性，以在不影响太阳能性能的情况下优化它的辐射冷却性能。我们的理论计算表明有可能达到数百毫瓦甚至1瓦。」