Die sonnenfreie Photovoltaik ist eine Photovoltaik-Technologie, die zur Stromerzeugung kein Sonnenlicht benötigt. Diese Technik wurde vom Forschungsteam am Massachusetts Institute of Technology entwickelt. Fotovoltaische Zellen wandeln Licht bei bestimmten Wellenlängen am effizientesten in Elektrizität um. Die Oberfläche der sonnenfreien Photovoltaik ist so ausgelegt, dass sie Wärmeenergie in die spezifischen Wellenlängen umwandelt. Dies erhöht die Effizienz bestehender thermophotovoltaischer (TPV) Systeme.

Prinzip der Arbeit
Die Oberfläche dieses Materials wird mit Milliarden von nanoskaligen Pits geätzt, so dass es Wellen mit den spezifizierten Wellenlängen emittiert und andere Wellenlängen unterdrückt, die nicht benötigt werden. Wenn die Oberfläche Wärmeenergie ausgesetzt wird, strahlt sie Lichtenergie bei erforderlichen Wellenlängen aus. Die Atome setzen bei der Bestrahlung freie Elektronen frei und erzeugen so Elektrizität.

Entwicklung
Ein Gerät, das Radioisotope verwendet, ist in der Lage, Elektrizität für bis zu 30 Jahre ohne Unterbrechung unter Verwendung eines Prozesses, der radioaktiver Zerfall genannt wird, zu erzeugen. Ein anderes ähnliches Gerät wurde von Forschern des MIT entwickelt, das Butan als Brennstoffquelle verwendet. Es hat die Größe eines Knopfes und es wird geschätzt, dass es dreimal so lange arbeitet wie eine ähnlich große Lithium-Ionen-Batterie und hat den Vorteil, dass es sofort nach dem Auftanken aufgeladen wird. Die Thermo-Photovoltaik, eine in den 1960er Jahren entwickelte Technologie, kann Wärmeenergie in Strom umwandeln. Es war zuvor bekannt, dass Sonnenlicht für den Betrieb von Photovoltaikzellen nicht unbedingt erforderlich ist. Infrarotstrahlung wird in photovoltaischen Materialien, die durch eine niedrige Bandlücke gekennzeichnet sind, nicht effizient genutzt, obwohl die Leistung vergleichsweise besser ist als bei normalen Silizium-Solarzellen. Ein Beispiel für eine Photovoltaik, die Wärme nutzt, ist eine photovoltaische Diode, die Elektrizität aus Wärme erzeugt, die von einem mit Kohlenwasserstoff betriebenen thermischen Emitter abgegeben wird.

In der sonnenfreien Photovoltaik ist der oben beschriebene thermische Emitter fein abgestimmt, um bestimmte Wellenlängen zu emittieren, die die photovoltaische Diode verwenden kann, während gleichzeitig die Wellenlängen gestoppt werden, die von der Diode nicht verwendet werden können. Dies wird erreicht, indem Merkmale von nanoskaligen Graten und Löchern auf einem photonischen Kristall geätzt werden, so dass das durch den Kristall hindurchtretende Licht modifiziert werden kann.

Betrieb
Eine Wolframplatte wird als thermischer Emitter mit Milliarden von nanoskaligen Gruben auf der Oberfläche verwendet, wobei jede Grube wie ein Resonator wirkt. Beim Erhitzen werden bestimmte Wellenlängen von der Platte abgestrahlt, da sie ein verändertes Emissionsspektrum erzeugt.

Anwendungen
Sun-free-Photovoltaik kann in elektronischen Geräten wie Smartphones eingesetzt werden. Der Wert der Stromdichte kann in den kommenden Jahren verdreifacht werden, wenn ein Smartphone mehr als 20 Tage lang mit Strom versorgt werden kann, ohne dass es zwischendurch wieder aufgeladen werden muss. Es kann auch verwendet werden, um die Abwärme von elektrischen Geräten wie Fernsehgeräten und elektronischen Geräten wie Mobiltelefonen zu nutzen.