Экспериментальное устройство генерирует электричество от холода Вселенной

Международная группа ученых впервые продемонстрировала, что можно производить измеримое количество электричества в диоде непосредственно от холода Вселенной. Инфракрасное полупроводниковое устройство обращено к небу и использует разницу температур между Землей и космосом для производства электричества.

«Вселенная является огромным термодинамическим ресурсом», — говорит Шаньху Фан, автор статьи. «С точки зрения оптоэлектронной физики, существует действительно очень красивая симметрия между сбором входящего излучения и сбором выходящего излучения».

В отличие от использования поступающей энергии, как это делает обычный солнечный элемент, отрицательный эффект освещения позволяет собирать электрическую энергию, когда тепло покидает поверхность. Современные технологии, однако, не так эффективно улавливают энергию при этих отрицательных перепадах температур.

Направив свое устройство в пространство, температура которого приближается к абсолютному нулю, ученые смогли найти достаточно большую разность температур для выработки энергии.

«Количество энергии, которое мы можем генерировать с помощью этого эксперимента, на данный момент намного ниже теоретического предела», — говорят исследователи.

Они обнаружили, что их диод с отрицательным освещением генерировал около 64 нановатт на квадратный метр — небольшое количество электричества, но важное подтверждение концепции, которую авторы могут улучшить, усилив квантовые оптоэлектронные свойства материалов, которые они используют.

Расчеты, сделанные после того, как диод создал электричество, показали, что, если учитывать атмосферные эффекты, текущее устройство теоретически может генерировать почти 4 Вт на квадратный метр, примерно в миллион раз больше, чем генерировало первоначальное устройство, и достаточно, чтобы помочь механизмам питания, которые необходимы для работы в ночное время.

Для сравнения, современные солнечные панели вырабатывают от 100 до 200 Вт на квадратный метр.

Хотя результаты показывают перспективность наземных устройств, направленных в небо, Шаньху Фан говорит, что тот же принцип может быть использован для рекуперации тепла от машин. На данный момент он и его группа сосредоточены на улучшении производительности своего устройства.

Masashi Ono et al, Experimental demonstration of energy harvesting from the sky using the negative illumination effect of a semiconductor photodiode, Applied Physics Letters(2019). DOI: 10.1063/1.5089783