飞速发展的太阳能电池技术

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飞速发展的太阳能电池技术

在电池这个家族中，有着人们熟悉的干电池、蓄电池、汞锌电池、镍电池等众多的成员。值得注意的是，近年来，这个“家族”又增添了一位后来居上的年轻伙伴——太阳能电池。

太阳能电池又称充电池或光伏电池，它是以半导体为材料，应用光——电转换原理制成的。半导体是一种介于导体和绝缘体之间的特殊物质，两种不同类型的半导体结合在一起，结合面就形成一个“结”，太阳能电池的奥妙就在这个“结”上。

和任何物质的原子一样，半导体的原子也是由带正电的原子核和带负电的电子组成。如半导体硅原子的外层就有4个电子，按固定轨道围绕原子核转动。当受到外来能量的作用时，这些电子就会脱离轨道而成为自由电子，并在原来的位置上留下一个“空穴”，在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。如果在硅晶体中掺入能够俘获电子的硼、镓等元素，它就成了空穴型半导体，通常用符号P表示；如果掺入能够释放电子的磷、砷等元素，它就成了电子型半导体，以符号N代表。若把这两种半导体结合，交界面便形成一个P——N结。P——N结就像一堵墙，阻碍着电子和空穴的移动。当受到阳光照射时，电子接受光能驱向N型区，使N型区带负电，同时空穴驱于P型区，使P型区带正电。这样，在P——N结两旁便产生了电动势，也就是通常所说的电压。科学家把这种现象叫作“光生伏打现象”。如果用导线连接P——N结两端，便会产生电流。

1953年，美国贝尔电话公司就是应用这个原理，制成了世界上第一个硅太阳能电池。尽管当时这种电池的光电转换效率很低，单个太阳能电池不能直接作为电源使用，需要多个太阳能电池一起作用才能获得需要的电能。但光电池的出现，好比一道曙光，使人们的眼睛为之一亮，尤其是航天领域的科学家，对它更是注目。

卫星和宇宙飞船上的电子仪器和设备，需要足够的持续不断的电能，而且要求重量轻，寿命长，使用方便，能承受各种冲击、振动的影响。太阳能电池能完全满足这些要求，是航天事业的理想能源，而令其他所有电池相形见绌。