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您现在的位置: 电子之家 >> 光伏技术 >> 正文   更新时间:2014/4/8 9:13:20  点击数:1885

怎样让光变成电

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1905年,爱因斯坦受德国物理学家普朗克的“量子假说”启发,发现光(电磁波)并非是波,而是和原子、电子一样由连续的粒子组成。爱因斯坦假设,光就是以光速C运动着的粒子流。他称之为光量子,每个光量子的能量等于光频率乘以普朗克常数h。普朗克常数h的发现,引发了量子物理革命,而爱因斯坦则因为对“光电效应”的解释,获得了1921年的诺贝尔奖。
  
  按照爱因斯坦的理论,当一个光量子照在有些材料上的时候,会“踢出”一个光电子,这就留下了一个“洞”,另一个电极的电子会流动过来弥补这个“洞”。电流就产生了。这就是光能转换成电能过程中微观层面上发生的情况。但并非所有材料都能打出光电子来。要有电流,电子就必须能够自由运动,“在金属中,不用光照电子也能流动,所以金属是导体。陶瓷这样的绝缘体,光照再多也打不出电子来,里面是没有电流的。惟一能被打出电子来的就是半绝缘的半导体,在一般情况下电子不会动,但在给与了某些条件后,就变成能动的了。”中科院电工研究所太阳电池技术研究组研究员周春兰解释说。
  
  在半导体工业中,来源丰富的硅成为最关键的材料。它不仅成为现代计算机电子学的材料基础,也成为现代电池技术的关键材料。阳光照射在硅晶体上,打出一个电子,最多可以将25%的能量传给它,其余的光能则变成热能。
  
  太阳能电池的运作机制中,光转换成电有两个步骤:首先要让光照射到电池上,尽可能地让光全部进去,其次才是将光电转换。
  
  光的采集相对容易。周春兰介绍说,当光照射到物质上的时候,会发生三种情况:被吸收、透射、反射。“现在的电池技术一般吸收和透射的问题都能解决,反射一般能控制在10%,也就是说,太阳光的采集可以做到90%。”所以,即使假设科学家们真的有一天将“微波黑洞”变成了“可见光黑洞”,实现了光的100%吸收,经过光电转换环节,最终转换效率可能也只是提高一两个百分点而已。
  
  “光电转换是太阳能电池技术的关键,一直没有很大的突破。”周春兰说,原因很简单,当光电子被打出来的时候,最多只能产生25%的能量转换,大部分的光能都转化为热能了。
  
  在当今世界上的电池技术中,廉价的太阳能电池只能将10%的能量转化为电能,最先进的太阳能电池的最高效率可达到41%多,但其制作相当复杂,材料相当昂贵,一般的太阳能电池效率只在20%以下。
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