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太陽能電池
電池行業(yè)是２１世紀的朝陽行業(yè)，發(fā)展前景十分廣闊。在電池行業(yè)中，最沒有污染、市場空間最大的應(yīng)該是太陽能電池，太陽能電池的研究與開發(fā)越來越受到世界各國的廣泛重視。
太陽的光輝普照大地，它是明亮的使者，太陽的光除了照亮世界，使植物通過光合作用把太陽光轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N養(yǎng)分，供人們食用，產(chǎn)生纖維質(zhì)供人們做衣服，生長木材給我們建筑房屋以外，太陽的光還可以通過太陽能電池轉(zhuǎn)變?yōu)殡姟Ｌ柲茈姵厥且环N近年發(fā)展起來的新型的電池。太陽能電池是利用光電轉(zhuǎn)換原理使太陽的輻射光通過半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N器件，這種光電轉(zhuǎn)換過程通常叫做“光生伏打效應(yīng)”，因此太陽能電池又稱為“光伏電池”，用于太陽能電池的半導(dǎo)體材料是一種介于導(dǎo)體和絕緣體之間的特殊物質(zhì)，和任何物質(zhì)的原子一樣，半導(dǎo)體的原子也是由帶正電的原子核和帶負電的電子組成，半導(dǎo)體硅原子的外層有4個電子，按固定軌道圍繞原子核轉(zhuǎn)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，并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(shù)目是相等的。如果在硅晶體中摻入硼、鎵等元素，由于這些元素能夠俘獲電子，它就成了空穴型半導(dǎo)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(dǎo)體，以符號N代表。若把這兩種半導(dǎo)體結(jié)合，交界面便形成一個P－N結(jié)。太陽能電池的奧妙就在這個“結(jié)”上，P－N結(jié)就像一堵墻，阻礙著電子和空穴的移動。當太陽能電池受到陽光照射時，電子接受光能，向N型區(qū)移動，使N型區(qū)帶負電，同時空穴向P型區(qū)移動，使P型區(qū)帶正電。這樣，在P－N結(jié)兩端便產(chǎn)生了電動勢，也就是通常所說的電壓。這種現(xiàn)象就是上面所說的“光生伏打效應(yīng)”。如果這時分別在P型層和N型層焊上金屬導(dǎo)線，接通負載，則外電路便有電流通過，如此形成的一個個電池元件，把它們串聯(lián)、并聯(lián)起來，就能產(chǎn)生一定的電壓和電流，輸出功率。制造太陽電池的半導(dǎo)體材料已知的有十幾種，因此太陽電池的種類也很多。目前，技術(shù)最成熟，并具有商業(yè)價值的太陽電池要算硅太陽電池。
1953年美國貝爾研究所首先應(yīng)用這個原理試制成功硅太陽電池，獲得6%光電轉(zhuǎn)換效率的成果。太陽能電池的出現(xiàn)，好比一道曙光，尤其是航天領(lǐng)域的科學(xué)家，對它更是注目。這是由于當時宇宙空間技術(shù)的發(fā)展，人造地球衛(wèi)星上天，衛(wèi)星和宇宙飛船上的電子儀器和設(shè)備，需要足夠的持續(xù)不斷的電能，而且要求重量輕，壽命長，使用方便，能承受各種沖擊、振動的影響。太陽能電池完全滿足這些要求，1958年，美國的“先鋒一號”人造衛(wèi)星就是用了太陽能電池作為電源，成為世界上第一個用太陽能供電的衛(wèi)星，空間電源的需求使太陽電池作為尖端技術(shù)，身價百倍?，F(xiàn)在，各式各樣的衛(wèi)星和空間飛行器上都裝上了布滿太陽能電池的“翅膀”，使它們能夠在太空中長久遨游。我國1958年開始進行太陽能電池的研制工作，并于1971年將研制的太陽能電池用在了發(fā)射的第二顆衛(wèi)星上。以太陽能電池作為電源可以使衛(wèi)星安全工作達20年之久，而化學(xué)電池只能連續(xù)工作幾天。
空間應(yīng)用范圍有限，當時太陽電池造價昂貴，發(fā)展受到限。70年代初，世界石油危機促進了新能源的開發(fā)，開始將太陽電池轉(zhuǎn)向地面應(yīng)用，技術(shù)不斷進步，光電轉(zhuǎn)換效率提高，成本大幅度下降。時至今日，光電轉(zhuǎn)換已展示出廣闊的應(yīng)用前景。
??? 太陽能電池近年也被人們用于生產(chǎn)、生活的許多領(lǐng)域。從1974年世界上第一架太陽能電池飛機在美國首次試飛成功以來，激起人們對太陽能飛機研究的熱潮，太陽能飛機從此飛速地發(fā)展起來，只用了六七年時間太陽能飛機從飛行幾分鐘，航程幾公里發(fā)展到飛越英吉利海峽?，F(xiàn)在，最先進的太陽能飛機，飛行高度可達2萬多米，航程超過4000公里。另外，太陽能汽車也發(fā)展很快。
??? 在建造太陽能電池發(fā)電站上，許多國家也取得了較大進展。1985年，美國阿爾康公司研制的太陽能電池發(fā)電站，用108個太陽板，256個光電池模塊，年發(fā)電能力300萬度。德國1990年建造的小型太陽能電站，光電轉(zhuǎn)換率可達30％多，適于為家庭和團體供電。1992年美國加州公用局又開始研制一種“革命性的太陽能發(fā)電裝置”，預(yù)計可供加州1／3的用電量。用太陽能電池發(fā)電確實是一種誘人的方式，據(jù)專家測算，如果能把撒哈拉沙漠太陽輻射能的1％收集起來，足夠全世界的所有能源消耗。
在生產(chǎn)和生活中，太陽能電池已在一些國家得到了廣泛應(yīng)用，在遠離輸電線路的地方，使用太陽能電池給電器供電是節(jié)約能源降低成本的好辦法。芬蘭制成了一種用太陽能電池供電的彩色電視機，太陽能電池板就裝在住家的房頂上，還配有蓄電池，保證電視機的連續(xù)供電，既節(jié)省了電能又安全可靠。日本則側(cè)重把太陽能電池應(yīng)用于汽車的自動換氣裝置、空調(diào)設(shè)備等民用工業(yè)。我國的一些電視差轉(zhuǎn)臺也已用太陽能電池為電源，投資省，使用方便，很受歡迎。
??? 當前，太陽能電池的開發(fā)應(yīng)用已逐步走向商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化；小功率小面積的太陽能電池在一些國家已大批量生產(chǎn)，并得到廣泛應(yīng)用；同時人們正在開發(fā)光電轉(zhuǎn)換率高、成本低的太陽能電池；可以預(yù)見，太陽能電池很有可能成為替代煤和石油的重要能源之一，在人們的生產(chǎn)、生活中占有越來越重要的位置。?
電池行業(yè)是２１世紀的朝陽行業(yè)，發(fā)展前景十分廣闊。在電池行業(yè)中，最沒有污染、市場空間最大的應(yīng)該是太陽能電池，太陽能電池的研究與開發(fā)越來越受到世界各國的廣泛重視。
太陽的光輝普照大地，它是明亮的使者，太陽的光除了照亮世界，使植物通過光合作用把太陽光轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N養(yǎng)分，供人們食用，產(chǎn)生纖維質(zhì)供人們做衣服，生長木材給我們建筑房屋以外，太陽的光還可以通過太陽能電池轉(zhuǎn)變?yōu)殡姟Ｌ柲茈姵厥且环N近年發(fā)展起來的新型的電池。太陽能電池是利用光電轉(zhuǎn)換原理使太陽的輻射光通過半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N器件，這種光電轉(zhuǎn)換過程通常叫做“光生伏打效應(yīng)”，因此太陽能電池又稱為“光伏電池”，用于太陽能電池的半導(dǎo)體材料是一種介于導(dǎo)體和絕緣體之間的特殊物質(zhì)，和任何物質(zhì)的原子一樣，半導(dǎo)體的原子也是由帶正電的原子核和帶負電的電子組成，半導(dǎo)體硅原子的外層有4個電子，按固定軌道圍繞原子核轉(zhuǎn)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，并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(shù)目是相等的。如果在硅晶體中摻入硼、鎵等元素，由于這些元素能夠俘獲電子，它就成了空穴型半導(dǎo)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(dǎo)體，以符號N代表。若把這兩種半導(dǎo)體結(jié)合，交界面便形成一個P－N結(jié)。太陽能電池的奧妙就在這個“結(jié)”上，P－N結(jié)就像一堵墻，阻礙著電子和空穴的移動。當太陽能電池受到陽光照射時，電子接受光能，向N型區(qū)移動，使N型區(qū)帶負電，同時空穴向P型區(qū)移動，使P型區(qū)帶正電。這樣，在P－N結(jié)兩端便產(chǎn)生了電動勢，也就是通常所說的電壓。這種現(xiàn)象就是上面所說的“光生伏打效應(yīng)”。如果這時分別在P型層和N型層焊上金屬導(dǎo)線，接通負載，則外電路便有電流通過，如此形成的一個個電池元件，把它們串聯(lián)、并聯(lián)起來，就能產(chǎn)生一定的電壓和電流，輸出功率。制造太陽電池的半導(dǎo)體材料已知的有十幾種，因此太陽電池的種類也很多。目前，技術(shù)最成熟，并具有商業(yè)價值的太陽電池要算硅太陽電池。
1953年美國貝爾研究所首先應(yīng)用這個原理試制成功硅太陽電池，獲得6%光電轉(zhuǎn)換效率的成果。太陽能電池的出現(xiàn)，好比一道曙光，尤其是航天領(lǐng)域的科學(xué)家，對它更是注目。這是由于當時宇宙空間技術(shù)的發(fā)展，人造地球衛(wèi)星上天，衛(wèi)星和宇宙飛船上的電子儀器和設(shè)備，需要足夠的持續(xù)不斷的電能，而且要求重量輕，壽命長，使用方便，能承受各種沖擊、振動的影響。太陽能電池完全滿足這些要求，1958年，美國的“先鋒一號”人造衛(wèi)星就是用了太陽能電池作為電源，成為世界上第一個用太陽能供電的衛(wèi)星，空間電源的需求使太陽電池作為尖端技術(shù)，身價百倍?，F(xiàn)在，各式各樣的衛(wèi)星和空間飛行器上都裝上了布滿太陽能電池的“翅膀”，使它們能夠在太空中長久遨游。我國1958年開始進行太陽能電池的研制工作，并于1971年將研制的太陽能電池用在了發(fā)射的第二顆衛(wèi)星上。以太陽能電池作為電源可以使衛(wèi)星安全工作達20年之久，而化學(xué)電池只能連續(xù)工作幾天。
空間應(yīng)用范圍有限，當時太陽電池造價昂貴，發(fā)展受到限。70年代初，世界石油危機促進了新能源的開發(fā)，開始將太陽電池轉(zhuǎn)向地面應(yīng)用，技術(shù)不斷進步，光電轉(zhuǎn)換效率提高，成本大幅度下降。時至今日，光電轉(zhuǎn)換已展示出廣闊的應(yīng)用前景。
??? 太陽能電池近年也被人們用于生產(chǎn)、生活的許多領(lǐng)域。從1974年世界上第一架太陽能電池飛機在美國首次試飛成功以來，激起人們對太陽能飛機研究的熱潮，太陽能飛機從此飛速地發(fā)展起來，只用了六七年時間太陽能飛機從飛行幾分鐘，航程幾公里發(fā)展到飛越英吉利海峽?，F(xiàn)在，最先進的太陽能飛機，飛行高度可達2萬多米，航程超過4000公里。另外，太陽能汽車也發(fā)展很快。
??? 在建造太陽能電池發(fā)電站上，許多國家也取得了較大進展。1985年，美國阿爾康公司研制的太陽能電池發(fā)電站，用108個太陽板，256個光電池模塊，年發(fā)電能力300萬度。德國1990年建造的小型太陽能電站，光電轉(zhuǎn)換率可達30％多，適于為家庭和團體供電。1992年美國加州公用局又開始研制一種“革命性的太陽能發(fā)電裝置”，預(yù)計可供加州1／3的用電量。用太陽能電池發(fā)電確實是一種誘人的方式，據(jù)專家測算，如果能把撒哈拉沙漠太陽輻射能的1％收集起來，足夠全世界的所有能源消耗。
在生產(chǎn)和生活中，太陽能電池已在一些國家得到了廣泛應(yīng)用，在遠離輸電線路的地方，使用太陽能電池給電器供電是節(jié)約能源降低成本的好辦法。芬蘭制成了一種用太陽能電池供電的彩色電視機，太陽能電池板就裝在住家的房頂上，還配有蓄電池，保證電視機的連續(xù)供電，既節(jié)省了電能又安全可靠。日本則側(cè)重把太陽能電池應(yīng)用于汽車的自動換氣裝置、空調(diào)設(shè)備等民用工業(yè)。我國的一些電視差轉(zhuǎn)臺也已用太陽能電池為電源，投資省，使用方便，很受歡迎。
??? 當前，太陽能電池的開發(fā)應(yīng)用已逐步走向商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化；小功率小面積的太陽能電池在一些國家已大批量生產(chǎn)，并得到廣泛應(yīng)用；同時人們正在開發(fā)光電轉(zhuǎn)換率高、成本低的太陽能電池；可以預(yù)見，太陽能電池很有可能成為替代煤和石油的重要能源之一，在人們的生產(chǎn)、生活中占有越來越重要的位置。?
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