這就是黑暗中能發電的太陽能電池

雷鋒網按：據日本媒體報道，日本國際尖端技術綜合研究所日前開發出在漆黑環境也能發電的光伏電池。該電池可藉助人眼無法看到的紅外光產生電力，點亮耗電量較少的發光二極管(LED)燈。
“太陽能手電筒”是一個經典的冷笑話。需要環境光照才能點亮的手電筒常被當做是無用發明的典型例子。不過技術發展經常會出乎人們的意料：日前日本國際尖端技術研究所開發出了一種可以在漆黑環境下發電的太陽能電池。“太陽能手電”要擺脱雞肋的尷尬地位了嗎？

與常見的太陽能電池，術語稱光伏電池不同，日本開發的這種光伏電池可以將肉眼難以察覺的紅外光線轉換為電能。自然界的物體都會散發紅外輻射，所以用紅外攝影機可以在漆黑無光的夜晚清晰的觀察世界。如果可以利用這些紅外輻射，光伏電池就可以在人眼所見的黑暗環境下輸出電力。日本研究所希望此種技術可以應用在特種場景，製造出在蓄電池失效時也能在暗處使用的應急照明燈。

光伏電池是利用光伏效應將光輻射能直接轉換為電能的一種技術。光伏效應全稱光生伏特效應，在1839年即被發現。光線照射下半導體金屬的電子會獲得能量，能量高到一定程度就會逃出金屬。將兩種可以分別產生正負電勢的半導體材料貼近，接觸面就會在光照條件下產生電壓。有了電壓，逃逸出的電子就可以在接觸面之間流動形成電流。這就是光伏發電的基本原理。其中，電子獲得的能量取決於接收光線的頻率。光線頻率越高則轉換得到的電子能量越大。電子能量較大，則光伏電池的發電效率也就會更高。
從紅色波段到紫色波段，光線的波長越來越短，而頻率越來越高。理想的光伏電池應該能捕捉所有波段的光線能量並全部轉化為電能，但實際應用中電池只能為一小段波長的光線優化，對少數幾種顏色的光線高效吸收 。如果電池設計為只能在能量較低的紅色、紅外光波段有很好的轉化率，就會浪費其他波段的高能量輻射，降低系統的發電效率。因此大部分的光伏電池都是為遠紅外波段優化的，自然就難以在黑暗的、只有物體紅外輻射的場景中發電了。

日本研究所此次開發的技術則獨闢蹊徑，專門為黑暗、低照度場景研製了光伏電池。由於紅外波段光線能量很低，這種電池的輸出功率密度也是很低的，在正常光照條件下遠不如一般的太陽能發電系統。但在漆黑的室內，這種電池可以利用紅外輻射轉化為電力長時間點亮功耗很低的LED燈泡，這對災難救援等狀況而言意義巨大。諸如地震、洪水、塌方等嚴重災難中，使用蓄電池的應急照明燈往往只能使用很短的時間。被困在漆黑不見五指的室內、坑道中的人員需要不用蓄電池也可以持續工作的照明設備，此時紅外光伏電池就可以大顯身手了。

為了方便實際應用並降低成本，日本研發的這種電池還採用了染料敏化製造技術。我們常見的太陽能電池板都是硅電池板，發電效率高但成本高昂、外形笨重、難以做成複雜的形態。染料敏化光伏電池是利用染料噴塗製造電池的技術，與硅電池相比成本極低而且形態自由，可以與各種材質表面融合，是光伏電池的明日之星。只是現階段染料敏化電池的穩定性太差，在高強度光照下使用一定時間就會失效，因此尚難以實用化。但此次日本研製的這種紅外波段光伏電池本來就是為昏暗場景設計，且不像一般硅電池那樣要求長年累月的工作時間，恰恰規避了染料敏化技術的缺點。使用這種技術後，電池可以很容易地應用於各種形態的應急照明設備，又不需要很高的成本，商業化的前景比較樂觀。
這項技術成熟並大規模推廣後，有朝一日我們會看到隨處可見的應急照明燈都裝上了紅外光伏發電組件。災難發生後，一盞“長明燈”可以為黑暗廢墟中的災民提供很大幫助，甚至為他們帶去求生的勇氣。天災難料，但技術的進步可以讓人類在與自然搏鬥時更有勝算。即便是“太陽能手電筒”這樣的發明，經過改進後也終能造福於民。


資料來源：雷鋒網
作者/編輯：王強