呼和满都拉 冀文慧 杨洪涛 胡晓颖

(集宁师范学院,内蒙古乌兰察布 012000)

关于红外线发电的进一步研究

呼和满都拉 冀文慧 杨洪涛 胡晓颖

(集宁师范学院,内蒙古乌兰察布 012000)

本文对红外线发电进行更深一步的探索，选用银氧铯[1]作为阴极，对设备模型进行重新设计和改进。本文将着重对银氧铯的特性进行分析，明确其制备方法，解决探索过程中的可能出现的问题，分析探究过程中可能出现的误差，对模型的效益进行分析。

红外线 发电 银氧铯

1 模型设计方案

1.1 工作原理及设计思路

对于本次试验模型，主要根据爱因斯坦光电效应理论设计，并在两年前学年论文的基础上进行改进。本套试验模型主要有四大部分组成，分别为红外线发射装置、红外线接收及转化装置、电流检测装置、电能的储存装置。图1为设计模型示意，中间实心球体为红外线的发射装置，外周的大球为红外线接收及转化装置，外部用导线连接，导线上发光二极管为电流检测装置，电容器为电能的储存和发射装置。

图1 红外线发电装置模型

1.2 材料分析

1.2.1 材料的选取

目前光伏电池采用的材料大多为硅材料，其有着效率高成本低的因素，但其吸收光谱的频率是有限的，只能局限于一些可见光，这样就标志着其只能在白天进行正常工作。还有一种新型材料为锑铯，其吸收光谱的敏感光为紫外线，若光伏电池阴极采用这种材料吸收的多为紫外线，其限制条件也为自然光，也就是阳光。本文采用的光伏电池阴极材料为银氧铯，其敏感光为红外线，红外线其最主要的特征为热效应，无论在白天还是黑夜，只要物体存在温度就会释放一定量的红外线，银氧铯这种阴极金属化合物就是将这一部分的红外线进行收集与转化，并且释放出电能。根据查阅其他著作，可以了解银氧铯的感应特性，并以此来计算出其光能转化率。

图2 银氧铯阴极的典型响应曲线[2]

1.2.2 银氧铯光电阴极的研究以及制备方法

对于银氧铯阴极的研究，完全可以借鉴超高速光电管中反射式银氧铯光电阴极的研究。光电阴极是超高速光电管中的重要组成部分，其主要作用就是将光信号转化为电信号，也就是起到了光电转化的作用。超高速光电管中的关键也就是本设备的关键，即材料和工艺。参照其工艺就可以免去重新制作的过程，节省了资金以及时间。

银氧铯的光谱响应范围为300—1100nm，灵敏度20μA/Lm。纵观目前的光电材料来说，银氧铯（Ag-O-Cs）光电阴极最为独特。目前为止，银氧铯阴极是红外线区具有响应的实用型真空光电材料。

D.G.Fisher、Sayama等人已经通过实验测试对银氧铯进行了一些化学分析，在氧化完全的氧化银基座上制备银氧铯表明，银和铯比率为1：1，铯和氧含量比率为2：1，这就说明了银氧铯阴极制备就符合表达式Ag2O+2Cs→2Ag+Cs2O。但是按照目前技术水平来说，铯的化学分析精度还不够准确，是否存在未氧化的铯或者存在铯的其他氧化物，另一个问题就是银是否一定以单个粒子的形式存在，等一系列问题，那么这种粒子大小是否具有临界的重要性就是一个至关重要的问题。尽管人类对银氧铯这种材料已经研究了几十年，但是其精确的结构还是不能确定，因此，所有的讨论大多都是定性的。

长波响应主要是由于阴极中的银粒子的体积效应引起的，由于反射的作用，入射光中只有一小部分能被吸收，所以体积形式的银的量子产量（电子/入射光子）是较低的。薄银膜具有相比低的反射和高的吸收，对于入射光银氧铯阴极膜的吸收可以高达50%。光的吸收的增加就使银氧铯阴极的量子产额比体积银高出很多倍。

但是，一个问题应当引起注意，银氧铯阴极与碱锑化物阴极相比，其量子产额任然很低，其原因为激发光是以带间跃迁而非带内跃迁的方式吸收，故光子更可能被激发到真空能级。另外，银氧铯阴极中的Ag对350nm以上波长的吸收，有一部分为带内跃迁，因此他降低了电子的逃逸几率，导致其量子产额的降低。

银氧铯阴极的相应曲线是非常具有特征的，在可见光谱内，550nm附近有一个下沉，在紫外线区350nm处出现一个极大值，320nm处出现一个尖的极小值。

1.3 运行分析[4]

介于以上对于银氧铯阴极特性的研究，可知在红外线区出现的峰值为800nm，为了能够最大限度的达到实验效果，可以选择发射波长为800nm的红外线发光二极管作为光源，这是光电转换的核心元件。当实验成功后可以用自然界中的红外线作为光源来替代人造光源。

红外线发光二极管可以特别制造，通过改变电流去改变红外线的强度。电子从较低能级跃迁到较高能级，需吸收能量；反之，电子从较高能级跃迁到较低能级，会释放能量。跃迁时电子吸收或释放的能量为两个能级之间的差值，是以光子的吸收或发射方式完成的。只要选择合适的材料就能使发光波长集中在某单一波长，从而使其发光效率达到一个最优的效果。实际生产中，所用的材料多为砷化镓等半导体材料，这些材料发出的光的波长能够集中在一个很窄的范围内，其中心频率正好为可见光之外的红外线区域。当半导体材料正常工作的时候，其温度恒定，那么其发光频率就完全由通过其本身的电流大小直接决定，这样就可以通过控制电流来控制其发光的波长、频率，达到实验要求。

2 结语

纵观国内外，对于红外线发电还处于初级阶段，并未出现可以在无可见光的条件下利用红外线发电且应用的实例。但展望红外线发电这一技术，它的成功将使人类发电技术迈上一个新的台阶，它可以将发电成本大大缩小化，又可以将发电地区普及化，最关键的是它可以将时间任意化。它的成功与应用，将彻底扭转现今电子产品供电续航能力差的局面。

[1]萨法·卡萨普.电子材料与器件原理[M](第三版上册).西安：西安交通大学出版社,2009.6：165.

[2]王晓耘.超高速光电管中反射式银氧铯光电阴极的研究[J].

[3]史久德.复蒸银对银氧铯光电阴极特性的改进[J].1992.6.

[4]杨正.一种沼与发电相红外线收发模快的设计[J].

[5]昊玲玲,薛增全,吴全德.银氧铯光电阴极的多光子光电产额[J].1991.11.

呼和满都拉(1982-)，男，内蒙古乌兰察布市人，讲师，主要从事大学物理教学及课程建设工作。

呼和满都拉。