導讀
據美國物理聯合會官網近日報導，日本國立材料研究所（NIMS）的研究人員測試了一個由波長選擇的熱輻射器組成的熱電器件，它採用輻射製冷技術在白天持續地冷卻器件，引起溫度差異，不分晝夜以及各種天氣條件產生恆定的電壓。
背景
放置在環境中的傳感器長時間在戶外經歷各種天氣條件，而且必須持續為自己供電來採集數據。許多產品，例如光伏電池，使用陽光產生電力，但是夜晚給戶外的傳感器供電是一個挑戰。
有機太陽能電池（圖片來源：UNIST）
熱電器件使用器件頂部與底部之間的溫差產生電力，有望利用自然產生的能量。儘管比光伏電池更高效，但是許多熱電器件會翻轉它們的電壓正負標識，這意味著電流改變了流動方向，當環境溫度變化時，電壓每天至少有兩次會降為零。
熱電發電機（圖片來源：北卡羅萊納州立大學）
創新
本周在美國物理聯合會（AIP）出版的《應用物理快報（Applied Physics Letters）》雜誌發表的論文的作者 Satoshi Ishii 表示：「熱電器件的正負標識取決於器件頂部與底部之間的溫度差異。冷卻可用於創造出一個相對於環境溫度的溫差，有了溫差，才能進行熱電發電。」
論文作者們測試了一個由波長選擇的熱輻射器組成的熱電器件，這種熱輻射器可以採用輻射製冷技術在白天持續地冷卻器件，讓熱能從器件擴散到空氣中。結果，器件的頂部比底部更冷，從而引起溫度差異，不分晝夜以及各種天氣條件產生恆定的電壓。
技術
論文作者將選擇性熱輻射器與寬帶熱輻射器相比，展示了選擇性熱輻射器可以避免環境溫度變化期間電壓降至零的問題。
採用波長選擇的熱輻射器與寬帶熱輻射器的熱電器件的示意圖。該器件採用寬帶熱輻射器時，會經歷一個電壓降，因為環境溫度發生了變化；而該器件使用選擇性熱輻射器時，則會保持電壓恆定，因為日間進行了輻射冷卻。（圖片來源：Satoshi Ishii）
Ishii 表示：「對於選擇性熱輻射器來說，最好是讓大氣窗口中的發射率接近統一，大約為8到13微米，這種條件下的大氣透射率高，並且熱輻射可以有效地發射到空間中，從而冷卻器件。」
他們測試的器件是由玻璃基底上的一層100納米厚的鋁薄膜組成。論文作者發現，其他的熱源，例如可能會安裝傳感器的屋頂，可以增強它產生電壓的能力。
Ishii 表示：「較大的溫差會導致較大的熱電電壓。採用器件背後的熱量，會使得底部和頂部之間的溫差更大，所以器件後面的熱量對熱電發電有益。」
關鍵詞
傳感器、熱電發電、自供電
參考資料
【1】Satoshi Ishii, Thang Duy Dao, Tadaaki Nagao. Radiative cooling for continuous thermoelectric power generation in day and night. Applied Physics Letters, 2020; 117 (1): 013901 DOI: 10.1063/5.0010190