澳大利亚新南威尔士大学的研究团队在能源领域取得了一项突破性进展——成功研制出全球首个能在夜间发电的热辐射二极管原型装置。与传统太阳能电池依赖吸收太阳光子产生电流的机制不同，这一装置通过向更冷的环境发射红外光子实现能量转换，开辟了全新的发电路径。
研究团队指出，地球表面与深空之间存在显著温差：夜晚地表温度约15℃，而宇宙背景温度接近绝对零度。这种温差驱动热辐射二极管持续向外辐射热量，并将热能转化为电能。实验中，团队使用红外相机观测到地球夜间释放的红外辐射——这正是白天吸收的太阳能在夜间以热形式散发的表现，而热辐射二极管首次实现了从这一过程中直接捕获能量。
该装置的核心材料为碲镉汞，与夜视镜技术同源。尽管当前原型装置的发电量仅为传统太阳能板的十万分之一，仅能驱动电子手表等微型设备，但理论计算显示其性能有潜力提升1000倍，达到热力学极限允许的水平。这一特性使其在太空应用中展现出巨大优势。
在近地轨道，卫星每90分钟绕地球一周，其中45分钟处于地球阴影中，期间依赖电池供电。热辐射二极管可在卫星黑暗期利用自身与深空的温差持续发电，减少对电池的依赖，从而延长卫星寿命。对于月球永久阴影区或太阳系外缘的探测器而言，这项技术更具革命性意义——当前深空任务主要依赖笨重、昂贵且材料稀缺的放射性同位素热电发电机，而热辐射二极管有望成为更轻量化的替代方案。
研究团队已获得美国空军资助，计划于2026年通过高空气球试验，在接近太空的环境中验证该技术的可行性。他们的目标是两年内将热辐射二极管送入轨道，完成首次在轨验证。这一时间表并非空谈：1953年硅太阳能电池在实验室完成验证后，仅用五年便应用于第一颗太阳能卫星，热辐射二极管有望复制这一发展速度。
然而，技术落地仍面临挑战。当前使用的半导体材料需评估在高温环境下的长期稳定性——太空任务要求器件持续工作10至20年。为此，团队正探索与传统光伏产业兼容的材料体系，以降低未来规模化制造的难度。如果研发顺利，热辐射二极管有望在未来五年内进入实际应用阶段。
从科学意义上看，这一发明填补了光电器件电流-电压特性曲线图的第四象限空白。此前，该区域被认为无法实现能量转换，而热辐射二极管通过红外辐射发电的机制，为基础物理研究提供了新视角。从微型设备供电到卫星能源系统革新，从地面废热回收利用到深空探测能源革新，这项技术正打开一扇全新的能量转换之门。
