光子·电子·太阳光发电

【可再生能源】　太阳电池实际上是太阳光发电　机，燃料就是太阳光。太阳光本身　就是能量的一种形式，是含有不同　能量的光子的微小粒子流。紫光子　的能量最高可达４电子伏特（１个电　子伏特就是１个电子在真空中加速　跨过】伏电势时所获取的能量）。红　光子的能量也可达１．７电子伏特。伽　●　文／范炳鹤　玛（Ｙ）光子的能量可超过１００万电　子伏特。高能量伽玛光子经过太阳　表面层和地球大气层已经分成１０００　多个能量较小的光子。　光子是没有质量的、含有能量　的微粒子。光子不经过任何循环，　只朝一个方向通过物理过程。太阳　能热水器的机理就是光热过程．把　太阳光子的能量传递给热水器中的　水；太阳电池的桃理就是光生伏打　（光电】过程，把太阳光子能量传递　给物体中的电子，使电子获得能量　跳越到高电位处。　电子是物体原于的基本微粒子　电子像出一样从高电位流向低电位　电子在高电位就具备电能。火力发　电机的功能就是把电子推向高电位　火力发电机的燃料是煤、石油和天　然气。火力发电机的效率很低，夫部　分的能量变成废热，并且严重污染　人类生态环境　煤、　油和天然气是　人类宝贵的财富。ｆ万年以来，太阳　光能通过植物叶绿素、水、二氧化　碳．台成人类和动物的食物，Ⅱ甫育人　类发展成长　动植物，Ｅ亡之后．长期　埋藏地下变成为煤、石油和天然气　太阳光能变成煤、石油和天然气需　要几百万年的漫长时期；而人类消　耗煤、石油和夫然气的速度却很＾夹。　太阳光发电就是把太阳光子能　量直接激发电子　使电子跃入到高　电位。以中国ＮＰＳ硅太阳电池为　例：硅是地球上最丰富的材料，占　５２月　・２００２　２　２８　地球成分的四分之一。硅是半导体材料，从硅原子中分离出１个电了需要　１．１２电子伏特的能量。当太阳光照到硅半导体上，一个具有足够能量的光　子（即能量大于１．１２电子伏特），击中硅原子上的电子，引起电子跃迁。被　分离出来的电子能自由移动，并传送电流。电子从硅原子中逸出后留下了　一个空位祢空穴．从相邻原子来的电子可以填充这个空穴，于是造成空穴　从一个位置移到另一个新的位置　电子的这种运动自然也传送电流。　纯硅的导电性很差。通过大量的科学试验，得出硅中加入少量的磷，形　成电予过剩的　型半导体；硅中加入少量的硼．形成空穴过剩的Ｐ型半导　体。把Ｎ型和Ｐ型硅半导体紧接在一起时，在交界处形成ＰＮ结。由于结　两边的电子和空穴的浓度不同，电子就强烈地要从Ｎ边向Ｐ边移动，Ｐ边　中的空穴将向Ｎ边移动。其结果在Ｎ边出现正电荷，在Ｐ边出现负电荷，　建立了一个空间电场，同时产生电位差。把很薄的Ｎ型和Ｐ型硅半导体合　在一起，放在太阳（光门　照射，太阳光子激发硅原子的电子移动，就成为　ＮＰＳ硅太阳电池　硅太阳电池的原理是科学的，技术是成熟的，关键是市场价格居高不　下。以单晶硅太阳电池为例：单晶硅太阳电他的原材料为高纯度（９９．９９９％）　的单晶硅　需要大型单晶硅炉定向拉晶，速度比较慢，导致提炼单晶硅的　成本高。单晶硅太阳电池的工作电压０．４５伏，需要很多片电池串联起来才　能供家用电器使用，并且单晶硅太阳电池性脆、易损、难焊接，导致太阳　电池组件成本高。　太阳光发电是２１世纪科学技术的前沿阵地．世界各国的政府都支持　“太阳光发电”事业　欧盟可再生能源白皮书和“起飞运动”是欧洲太阳光　发电的里程碑。德国政府的　十万个光伏屋顶计划”和德国新的“可再生　能源法”，保证私人的太阳光发电系统用不完的电．可以上电力网卖给国家　电力公司，每度电０．９９马克。美国政府的“克林顿总统百万户太阳光发电　屋顶计划”，即在２ＯｌＯ年前将要为１００万ｌ、美国家庭的每一户安装３～５ｋＷ　太阳光发电屋顶。日本政府在　阳光规划”执行后，２０００年又推出《新阳　光规划》，对光伏屋顶系统实行强有力的补贴政策，使居民光伏屋顶系统最　近５年平均年增长率为９６．７％。成为目前世界光伏发电的最大市场。中国　政府已把太阳光发电刘人《中国２ｌ世纪议程　，中国国家科技部也已经制　订“清洁能潭规划　。■