飛速發展的太陽能電池技術

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飛速發展的太陽能電池技術

在電池這個家族中，有着人們熟悉的乾電池、蓄電池、汞鋅電池、鎳電池等眾多的成員。值得注意的是，近年來，這個「家族」又增添了一位後來居上的年輕夥伴——太陽能電池。

太陽能電池又稱充電池或光伏電池，它是以半導體為材料，應用光——電轉換原理製成的。半導體是一種介於導體和絕緣體之間的特殊物質，兩種不同類型的半導體結合在一起，結合面就形成一個「結」，太陽能電池的奧妙就在這個「結」上。

和任何物質的原子一樣，半導體的原子也是由帶正電的原子核和帶負電的電子組成。如半導體硅原子的外層就有4個電子，按固定軌道圍繞原子核轉動。當受到外來能量的作用時，這些電子就會脫離軌道而成為自由電子，並在原來的位置上留下一個「空穴」，在純凈的硅晶體中，自由電子和空穴的數目是相等的。如果在硅晶體中摻入能夠俘獲電子的硼、鎵等元素，它就成了空穴型半導體，通常用符號P表示；如果摻入能夠釋放電子的磷、砷等元素，它就成了電子型半導體，以符號N代表。若把這兩種半導體結合，交界面便形成一個P——N結。P——N結就像一堵牆，阻礙着電子和空穴的移動。當受到陽光照射時，電子接受光能驅向N型區，使N型區帶負電，同時空穴驅於P型區，使P型區帶正電。這樣，在P——N結兩旁便產生了電動勢，也就是通常所說的電壓。科學家把這種現象叫作「光生伏打現象」。如果用導線連接P——N結兩端，便會產生電流。

1953年，美國貝爾電話公司就是應用這個原理，製成了世界上第一個硅太陽能電池。儘管當時這種電池的光電轉換效率很低，單個太陽能電池不能直接作為電源使用，需要多個太陽能電池一起作用才能獲得需要的電能。但光電池的出現，好比一道曙光，使人們的眼睛為之一亮，尤其是航天領域的科學家，對它更是注目。

衞星和宇宙飛船上的電子儀器和設備，需要足夠的持續不斷的電能，而且要求重量輕，壽命長，使用方便，能承受各種衝擊、振動的影響。太陽能電池能完全滿足這些要求，是航天事業的理想能源，而令其他所有電池相形見絀。

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