據英國《自然.能源》雜誌8月在線發表的一篇最新研究稱，中國市場的工商業太陽能系統供電已經比電網供電便宜

其結論是將中國城市的太陽能系統電價和電力產出總量，並將其與城市的電網供電價格做比較之後得到的

現有電力能源的主要來源有4種，火電、水電、核電和風力發電

理想的新能源則要同時符合兩個要求：其一是蘊藏豐富、不會枯竭；其二是安全、乾淨，不會威脅人類和破壞環境

太陽能發電作為一種新興的可再生能源，被認為將成為21世紀全球主要能源之一

而太陽能利用方分為太陽能熱發電和太陽能光伏發電，前一種方式很好理解，就是將吸收的太陽輻射熱能轉換成電能的裝置，而關於光伏發電你知道多少呢

太陽照常升起，光電轉換效率卻升不起

光伏太陽能電池是將陽光轉化為電能的薄矽片，這些圓盤可用作各種用途的能源，包括：計算器和其他小型設備、電信、個別房屋的屋頂面板、以及發展中國家村莊的照明、抽水和醫療製冷

大型陣列形式的太陽能電池還可以用來為衛星供電

當對電的研究開始時，人們就開始研究和製造簡單的電池，而關於太陽能的研究緊隨其後，速度之快令人驚嘆

早在1839年，安托萬-塞薩爾·貝克勒爾（Antoine-Cesar Becquerel）就將一塊化學電池暴露在太陽下，讓它產生電壓，第一次將太陽光轉換成電能的效率是百分之一，也就是說，入射太陽光的百分之一被轉化為電力

時間來到1873年，威洛比·史密斯(Willoughby Smith)發現硒對光敏感，接著在1877年，亞當斯（Adams）和戴（Day）注意到，當硒暴露在光中時，會產生電流

19世紀80年代，查爾斯·弗里茨(Charles Fritts)使用鍍金硒製造了第一塊太陽能電池，但遺憾的是相比較第一次將太陽光轉換成電能的效率，他此次的轉換效率仍然只有1%

然而，弗里茨認為他的電池是革命性的，他預測太陽能電池將會在當時的電力能源中占有一席之地

1905年愛因斯坦對光電效應的解釋使人們重新燃起了希望，即更高效率的太陽能發電將變得可行

然而，直到貝爾實驗室科學家戈登·皮爾森(Gordon Pearson)、達里爾·查平(Darryl Chapin)和卡爾·富勒(Cal Fuller)在1954年系統提出生產效率為4%的矽太陽能電池所需的理論知識之前，進展甚微，之後進一步的研究使光電轉換效率來到了15%

太陽能光伏發電——光電效應與光伏效應

光電效應是指光束照射物體時會使其發射出電子的物理效應，發射出來的電子稱為「光電子」，即入射光中包含的能量被金屬中的電子吸收，使電子有足夠的能量「逃逸」出金屬表面，也就是從金屬表面發射出去

利用經典的麥克斯韋波理論，入射光越強，電子從金屬中射出的能量就越大，也就是說，被射出的（光電）電子所攜帶的平均能量應該隨著入射光的強度而增加

事實上，菲利普·馮·萊納德（Philipp von Lenard）發現事實並非如此，相反，他發現發射電子的能量與入射輻射的強度無關

愛因斯坦(1905年)成功地解決了這一悖論，他提出入射光由稱為光子的單個量子組成，這些量子像離散粒子一樣與金屬中的電子相互作用，而不是作為連續的波

在愛因斯坦的模型中，增加光的強度對應於增加每單位時間(通量)的入射光子數，而每個光子的能量保持不變(只要輻射的頻率保持不變)

此時增加入射輻射的強度會導致更多的電子被拋出，但每個電子都會攜帶相同的平均能量，因為每個入射光子攜帶的能量都是相同的

這兩個預測都得到了實驗證實，此外，拋射電子的能量隨頻率的增加而增加的速率是可以測量的，這使人們能夠確定普朗克常數h的值（每個光子攜帶的能量E=hf，其中h是普朗克常數，f是頻率）

光電效應可能是光子存在以及光和電磁輻射的「粒子」性質的最直接和最令人信服的證據，也就是說，它為電磁場的量子化和麥克斯韋經典場方程式的局限性提供了不可否認的證據

1921年，阿爾伯特·愛因斯坦因解釋光電效應和對理論物理學的貢獻而獲得諾貝爾物理學獎

而我們今天說的光伏效應實際是內光電效應（光電效應分為外光電效應和內光電效應），從定義上說，光電效應是光伏效應的前提，光伏效應是光電效應作用於半導體這一特殊材料上

當太陽光照射太陽能光伏組件表面時，一部分光子被矽材料吸收，光子的能量傳遞給了矽原子，使矽原子上的電子發生了躍遷並成為自由電子，自由電子在P－N結兩側不斷集聚並形成了電位差，當外部連通電路時，將有電流流過電路而產生一定的輸出功率，從而產生了電能

矽——我們不生產電，我們只是太陽能的搬運工

太陽能電池的基本組成部分是純矽，它在自然狀態下是不純凈的

純矽源自二氧化矽，例如石英岩礫石（最純凈的二氧化矽）或碎石英，然後用磷和硼對得到的純矽進行摻雜（處理），分別產生多餘的電子和不足的電子，使半導體能夠導電

石英石或石英碎屑中的二氧化矽被放進電弧爐中，然後施加碳弧釋放氧氣,產品是二氧化碳和熔融矽

這個簡單工藝生產的矽只含有1%的雜質，這種純凈度的矽在許多行業都很有用，但在太陽能電池行業卻不行

純度99%的純矽通過浮動區域法進一步提純，太陽能電池是由矽棒製成的，這是一種具有單晶原子結構的多晶結構

最常用的製作布勒的過程被稱為柴氏拉晶法(Czochralski Method)，在這個過程中，將矽的晶種浸入熔化的多晶矽中，當晶種被抽出和旋轉時，就形成了一個圓柱形的矽錠或「棒」，這樣得到的矽棒會異常純凈，因為雜質往往會留在液體中

矽片是用圓鋸一次切一片的，圓鋸的內徑是插進矽棒里的，或者用多線鋸一次切很多片，然後對晶片進行拋光以去除鋸痕

在矽片中摻入硼和磷的傳統方法是在上述提到的柴氏拉晶法中引入少量的硼，然後，晶圓被背靠背密封，放入爐中，在磷氣體存在的情況下加熱到略低於矽的熔點(1410攝氏度)，磷原子「鑽」進矽中，矽更具孔隙性，因為它接近成為液體

最近一種用磷摻雜矽的方法是使用一種小粒子加速器將磷離子射入矽棒，通過控制離子的速度來控制離子的穿透深度

電觸點將每個太陽能電池相互連接，同時還要連接到產生電流的接收器，另外觸點必須非常薄，這樣才不會阻擋對電池的陽光

像鈀/銀、鎳或銅這樣的金屬通過光刻膠真空蒸發，進行絲網加網處理，或僅僅沉積在部分被蠟覆蓋的電池裸露部分上，觸點就位後，在電池之間放置細條，最常用的帶材是鍍錫的銅帶

因為純矽是有光澤的，它能反射35%的陽光，為了減少太陽光的損失，需要在矽片上塗上一層防反射塗層，最常用的塗層是二氧化鈦和氧化矽，但也會使用其他材料

用於塗層的材料要麼被加熱，直到其分子沸騰進入矽並凝聚，要麼材料經歷濺射，在這個過程中，高壓將分子從材料上擊落，並將它們沉積在相對電極的矽上，另一種方法是讓矽本身與含氧或含氮的氣體反應，形成二氧化矽或氮化矽，接著將太陽能電池封裝

最後

太陽能目前最大的優勢是與煤炭、石油和天然氣等化石燃料相比，用光來發電是免費的，而光伏作為高效優質能源，與傳統能源結合使用，便成了當前產業拓展的重要任務

相信隨著技術以及工藝的提高，太陽能發電還會有更大的提升

參考資料：（圖片來自網絡）
https://www.biography.com/scientist/albert-einstein

www.thefamouspeople.com

www.smithsonianmag.com

en.wikipedia.org

earthpages.wordpress.com

claesjohnson.blogspot.com

https://www.youtube.com/watch?v=L_q6LRgKpTw