研究人员开发了利用红外能量发电的新型二极管

阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)的一组研究人员开发了一种使用红外辐射发电的设备。该设备将通过将千万亿分之一秒的波信号转换为有用的电能来实现发电。研究人员表示，这种红外线可以24小时使用。废物或红外线热量可以处理为高频电磁波，以达到目标。天线被设计成正确的方式来收集波，并被发送到整流器。整流器通常是一个半导体二极管，它把交流信号转换成电流。

由于红外发射的波长非常小，KAUST团队的研究人员表示，将这些整流天线设计付诸实践非常困难。红外发射也需要微型或纳米级天线，这也很难制造和测试。红外波的振荡速度比典型的半导体快，可以让电子通过它的结。项目负责人Atif Shamim说，“世界上没有一种商用二极管可以在如此高的频率下工作。这就是我们转向量子隧道的原因。”

从可再生能源中产生的能源是产生可持续和清洁能源的一个很好的选择。传统的光伏技术仅从可见光谱范围收集能量，而完全不捕获红外范围的能量。80%来自太阳的辐射被大气层和地球表面吸收。然后，同样的波再次以中红外辐射的形式发射出去。红外也从其他来源发出，如金属加热、流体加热、蒸汽产生、热处理和团聚。这些过程的温度从250 K到1500 K不等，相应的波长也在中红外范围内变化。

像金属-绝缘体-金属(MIM)二极管这样的隧道装置通过移动电子通过一堵小墙将红外波转换成电流。MIM二极管可以处理飞秒级的高频信号，因为这个屏障只有一纳米厚。研究人员使用了一个领结状的纳米天线，它将绝缘膜固定在两个金属臂之间，这就创造了隧道所需的场。博士后研究员Gaurav Jayaswal说，“最具挑战性的部分是两个天线臂的纳米级重叠，这需要非常精确的对准。尽管如此，通过将聪明的技巧与KAUST纳米制造设施的先进工具相结合，我们完成了这一步。”

MIM二极管可以在零电压的情况下捕捉红外波。它通过选择具有不同功函数的金属来做到这一点。这是一个被动的功能，可以在需要时打开设备。领结能从辐射中获取能量。没有使用热效应来获取能量。红外实验验证了上述结果。研究人员还表示，这只是一个概念验证的开始。可能有数百万个这样的设备可以用来提高发电量，解决整体的电力短缺问题。