能源的發展和革命促進了人類社會的變革和進步。特別是兩次工業革命之后，人們越來越認識到能源發展的重要性。
隨著當今社會的快速發展，以化石能源為代表的傳統能源(如煤炭和石油)由于可再生周期長、儲量和質量逐年下降等原因，越來越難以滿足日益增長的能源需求。因此，開發和利用新能源被提上了日程。
來自植物的光合作用
太陽能發電
我們都知道，地球上所有生物可利用的能量幾乎都來自植物的光合作用。
植物光合作用是指植物葉綠體在光照條件下，由二氧化碳和水合成糖的生物過程。太陽能是以這種方式儲存的，因為糖可以在新陳代謝過程中產生能量。
然而，這種能源是非常困難的，我們直接使用，一般需要轉換成電力為我們的一般使用。物理學告訴我們，能量在能量轉換的過程中必然會損耗。因此，將太陽能直接轉化為電能的想法被提上了議事日程。
那么太陽能可以直接轉化為電能嗎?與此轉換過程相關的因素有哪些?對于19世紀早期的科學家來說，這是一個大問題。
幸運的是，19世紀末取得了重大突破。
他有“最強的大腦”
發現了光和電的秘密
年，著名的物理學家赫茲(現在以他的名字命名頻率單位)在一項研究中偶然發現，光線照射到某些物質的表面會改變其電學性質。后來的研究表明，這是由電子流動引起的，因此這種現象被稱為光電效應。
你知道，世界運行的方式需要符合物理原理。當時，由牛頓建立的經典物理學原理支配著人們的思想。原理光以太,古希臘哲學家亞里士多德的一種物質,是19世紀物理學家借一代指的是光傳播的介質)中傳播的波(可以想象現場石頭變成一個湖,湖的一次線圈在水的漣漪中轉移),波的能量和振幅的振動振幅()(波的振幅光強度)。
這似乎很有道理?？梢韵胂?，冬天的陽光不強，曬在身上有一種溫暖的感覺;在夏天，太陽太刺眼了，如果你不保護你的皮膚，你會被曬傷的。因此，在經典物理學中，光電效應取決于光的強度;然而，這一理論與當時一系列實驗的結果相矛盾。
經典物理學正處于危機之中:一場風暴正在科學界醞釀，研究表明，有些顏色的光無論多么強都不能產生光電效應，有些顏色甚至在低強度下也能發電。
暴風雨帶來毀滅，但隨之而來的是新的生命?？茖W不會停滯不前，科學巨人在風暴的中心，經典物理學在相對論物理學和量子物理學的雙重修正下揚帆遠航。
正如我們所知，阿爾伯特·愛因斯坦解決了光電問題。
愛因斯坦最著名的是他的相對論，但你可能不知道的是，這樣一位偉大的科學家幾乎沒有獲得諾貝爾獎，這是科學界的最高榮譽。
愛因斯坦因創造性地解釋了光電效應而獲得1921年諾貝爾物理學獎。他認為光是由光子,光子能量的本質是一個包,每包包含能源的能量和頻率(單位時間內(1)數量的變化),所以光線的物體可以產生電子完全取決于電池組的能量(光子)(頻率),無關權力包(強度)的數量。
太陽能電池就像三明治
我們已經描述了光電效應的發現，我們知道如何產生光電效應，那么我們如何利用產生的電子呢
這就引出了另一個概念，能級躍遷。
原子由原子核和原子核外的電子組成。原子核外的電子不是散射的，而是根據物理原理分層排列的。離原子核較近的電子能量較低，離原子核較遠的電子能量較高。
在正常情況下，電子傾向于排列在可能的最低總能量，而這些電子被稱為“基態”。當基態的原子接收到某種形式的能量(如光子)時，它會自發地轉移到更高的能級。
不幸的是，處于激發態的電子是不穩定的，并且傾向于躍遷到較低的能級。電子的過剩能量以光能或熱能的形式失去。
不，能量耗盡了，我們仍然沒有電，對吧
不要擔心，為了傳導光電效應產生的電流，我們需要構建合適的器件結構，通常稱為太陽能電池(見圖2)。
該設備的結構就像一個三明治。具有光電效應的活性層夾在電子輸運層和空穴(電子躍遷后形成的局部缺電子部分稱為空穴)輸運層之間。兩端為電極材料，一般為金屬和氧化銦錫(ITO)。
當基態的原子接收到某種形式的能量(如光子)時，它會自發地轉移到更高的能級。由于電子輸運層的激發態略低于活性層的激發態，因此活性層中電子的激發態較容易轉移到電子輸運層而不易返回到活性層的基態。空穴輸運層的基態比活動層的基態具有略高的電子能量。
整個過程似乎很簡單，因為它為電子的通過設置了一些小步驟，而不是進行艱難的跳躍。
通過電子輸運層與空穴輸運層的有效配合，整個器件形成了完整的電路，可以得到有源層所產生的電子供我們使用。
圖5常見太陽能電池板工作原理器件結構示意圖(碳基能量轉換材料課題組青島生物能源與工藝研究所
通過轉換過程，我們最終直接從太陽獲得電能，這就是太陽能電池的工作原理。科學探索的步伐從未停止，正是因為這些偉大的科學家的偉大研究和發現，人們的生活可以變得越來越好，讓我們向他們致敬
資料來源:《中國科普》
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