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母亲节特别篇:太阳能光伏生成记
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工作一天回到家,太阳能热水器早就准备好了热水,打开水龙头就能舒舒服服洗个热水澡;安装了屋顶光伏的地方,家家户户家用电器都依靠太阳能发电,不但省下了一笔不小的生活开支,用不完的电还可以卖给国家,满足自身需求的同时还能创造收益;出差或旅行时,只要带上太阳能充电器,MP3、MP4、数码相机、手机等都不用担心没电,只要有太阳,就能保持充足电量。还有那一条条阳光大道上明亮的路灯,白天经过阳光的洗礼,夜晚就能照亮人们前行的路。太阳能还用在了火车上,2011年在比利时投入运营的全球首列太阳能火车,运行所需电力全部由16000块设置在高速铁路隧道顶板的太阳能电池提供。除此之外,还有太阳能手电筒、太阳能信号灯、太阳能汽车、太阳能飞机……
太阳能的运用领域越来越广泛,它绿色环保,灵活安全。为各个行业带去更广阔的发展空间,逐渐代替了煤炭、石油等污染性强的资源。
可以说,太阳能技术的发展开创了人类进程新篇章!
从1839年法国科学家E. Becquerel发现液体的光生伏特效应(简称光伏现象)算起,太阳能电池已经经过了180年的漫长的发展历史。太阳能技术从“出生”到现在的“成熟”,是好几代人坚持不懈刻苦钻研的结果,得来不易。
1839年,19岁的E. Becquerel首先发现受光线或其他电磁辐射的半导体或半导体与金属组合的部位间会产生电压与电流,该效应被称为光生伏打效应,是太阳能电池的重要原理之一。
1876年,W.G.Adams和R.E.Day在研究硒(Se)的光电导效应时,意外发现了光生电流,这是第一次在固体物质中发现光伏效应,于是两人制作了第一片硒太阳能电池,但是该器件只有1%的转换效率。
1883年,美国发明家Charles Fritts经过研究,描述了第一块硒太阳能电池的原理,让更多人了解太阳能电池。
1904年,Hallwachs发现铜与氧化亚铜(Cu/Cu2O)结合在一起具有光敏特性;德国物理学家爱因斯坦(AlbertEinstein)发表关于光电效应的论文。光电转换的研究是太阳能发展环节中必不可少的一部分。
1916年,波兰科学家Czochralski发明了生长单晶硅的提拉法工艺(又称直拉法或柴氏法),这项工艺为后来太阳能电池材料提取提供了方便。
在世界关注起太阳能后,科学家们开始研究其他半导体,致力提高太阳能电池的转换效率。
1930年,B.Lang研究氧化亚铜/铜太阳能电池,发表“新型光伏电池”论文;W.Schottky发表“新型氧化亚铜光电池”论文。
1932年,Audobert和Stora发现硫化镉(CdS)的光伏现象。
1933年,L.O.Grondahl发表“铜-氧化亚铜整流器和光电池”论文。
1941年,奥尔在硅上发现光伏效应。
1951年,生长p-n结,实现制备单晶锗电池。
1953年,Wayne州立大学DanTrivich博士完成基于太阳光普的具有不同带隙宽度的各类材料光电转换效率的第一个理论计算。
二十世纪五十年代之前,有关太阳能电池方面的报道是不多的。原因有两点,一个是人们对能源问题并不重视,再一个是以硒作为太阳能电池从成本上来讲并不划算。进入二十世纪五十年代,科学家们对其他半导体的研究逐渐深入才为太阳能电池的产业化提供了可能,特别是对硅光伏效应的研究。
1954年,贝尔实验室的Daryl Chapin、Calvin Fuller和Gerald Pearson三人发现单晶硅的光电转化效率达到了4.5%,几个月后效率提升到了6%。硅与其他半导体相比,导电性要好很多,而且硅的成本是可以降下来的,因为地壳中存在大量的硅,而且有很好的提取方法。硅以起低廉的价格,目前仍是最为理想的太阳能电池材料。
美国贝尔实验室三位科学家关于单晶硅太阳能电池的研制成功,对太阳能电池的实际应用起到决定性的作用。
由此,太阳能资源开始受到重视。
1955年,西部电工(WesternElectric)开始出售硅光伏技术商业专利,在亚利桑那大学召开国际太阳能会议,Hoffman电子推出效率为2%的商业太阳能电池产品,电池为14mW/片,25美元/片,相当于1785USD/W。
1956年,P.Pappaport,J.J.Loferski和E.G.Linder发表“锗和硅p-n结电子电流效应”的文章。
1957年,Hoffman电子的单晶硅电池效率达到8%;D.M.Chapin,C.S.Fuller和G.L.Pearson获得“太阳能转换器件”专利权。
1958年,美国信号部队的T.Mandelkorn制成n/p型单晶硅光伏电池,这种电池抗辐射能力强,这对太空电池很重要;Hoffman电子的单晶硅电池效率达到9%;第一个光伏电池供电的卫星先锋1号发射,光伏电池100c㎡,0.1W,用来给备用的5mW话筒供电。
1959年,Hoffman电子实现可商业化单晶硅电池效率达到10%,并通过用网栅电极来显著减少光伏电池串联电阻;卫星探险家6号发射,共用9600片太阳能电池列阵,每片2c㎡,共20W。
1960年,Hoffman电子实现单晶硅电池效率达到14%。
1962年,第一个商业通讯卫星Telstar发射,所用的太阳能电池功率14W。
1963年,Sharp公司成功生产光伏电池组件;日本在一个灯塔安装242W光伏电池阵列,在当时是世界最大的光伏电池阵列。
随着太阳能技术的成熟,太阳能开始扩散全球,在各大领域发光发热。
太阳能是一种可再生环保能源,使用过程中不会产生二氧化碳等温室气体,太阳能的普及,改善了人类的生存环境,方便了人们的生活,并且积极推动世界发展。
我们要感谢这些科学家,是他们用科学的力量不断创造奇迹,让人们的生活更美好。
都说母爱无私、勤劳、伟大、质朴、甘于奉献、默默无闻。
SOKOYO认为投身于科学事业的科学家们同样拥有这些特性,他们常常埋头研究,撰写大篇的科研理论,生活枯燥乏味,精神高傲孤独。
而他们倾其一生的研究成果,其实就如同他们的孩子般,最后全部用来造福人类。
母亲节快到了,SOKOYO仅以此篇献给对光伏事业做出贡献的科学家们。
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