来自 www.58w11.com 2017-06-21 17:05 的文章

为什么光电池不可能把所有照在其上的光能转变

很多人想当然地认为,只要不断地改进光电池,那么就可以使得光电池无限地接近100%地把照在其上的光能转化为电能的状态。这其实完全是一个误解,不是所有的光能都是有用能量(即最终可以用来做功的能量)。这里举一个极端的例子来说明这一点。在这个例子中光能不能转化为电能,要不然就意味着永动机。

如下图,在一个温度为T的大物体里面,挖一个中孔区域,在里面放一块同样温度为T的光电池,那么热辐射的电磁波就会照在光电池上。假如这个光电池可以把照在其上的所有光转化为电能的话,这个系统就可以源源不断地提供我们所需要的电能(只要T0)。这其实就变成第二类永动机了。

在现有的热力学中,卡诺定律明确表明,最高转换效率只有在可逆条件下才能实现,当然在非耗散条件下也是最高效率。实际上就是可逆条件和非耗散条件都是可以达到最高效率的。现有热力学中,可逆过程的要求是轴网过程中熵增delta S

0。从这一点上我们看到可逆和非耗散并没有区别。王老师声称自己扩展了卡诺定理,这两个过程到底什么量的不同导致可以存在不可逆但非耗散的过程存在。

对太阳能电池这个例子,您证明不可能是可逆的理由是“因为要求这个太阳能电池重新把电能转变为太阳光、发射回太阳让太阳完全吸收回去是根本不可能的。”可是既然这个过程既然不能可逆回去,它一定是存在熵增或熵产生的,所以一定是耗散的。如果您认为它们的理想极限是没有熵增或熵产生的,如果真有这样的理想极限,那么也就意味着这个极限也是可逆的。因为它们两者的要求是相同的。

同意云平和gradient的意见光能的利用率和发光体温度及接受体温度有关。我在博客的讨论中认为应该仅仅和光子的能量hv有关。看来可能还有多种因素。但是太阳能电池的例子在我的英文版“现代热力学--基于扩展卡诺鞋厂定理”中是没有的,不是我书的中心内容。在我的中文版新书中添加了太阳能电池的例子表述如下:(p.4)。请问这样的表述是否可以。有错就请指正。

光电转换效率与热二定律有关系但无必然联系。如果把“所有照在其上的光能转变成电能”此话中的“照在其上的”除掉,显然是如云平说的违反热二定律。但是,“光电转换效率”其实另有所指,这涉及光电池原理:以PN结为例,结两边若显电中性,则有化学势差,此化学势差迫使结两边为一正一负,从而形成“结”;可是,光电子激发(光子能量有一范围)使此“结”趋于消失,若有外接回路则形成确定方向的电流。若不计发热、膨胀做功等,而只就光电转换来说,对一定能量范围的光子来说,光电转换效率是100%。