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人們常說(shuō),萬(wàn)物生長(cháng)靠太陽(yáng)。這話(huà)一點(diǎn)不假。如果沒(méi)有太陽(yáng)提供的光和熱,地球上幾乎所有的生物都將面臨滅頂之災,人類(lèi)也不例外。
太陽(yáng)是離地球較近的一顆恒星,直徑比地球大100多倍。太陽(yáng)是一個(gè)巨大熾熱的大火球,其表面溫度高達6000℃,而其中心的溫度更是高達2000萬(wàn)℃,在如此之高的溫度下,還有什么物質(zhì)能不被熔化呢?!
太陽(yáng)的巨大能量是從哪里來(lái)的呢?研究表明,太陽(yáng)本身就是一個(gè)大原子核聚變反應堆。這種反應是氫聚變?yōu)楹さ臒岷朔磻�。熱核反應使太�?yáng)向空間輻射出驚人的巨大能量。據推算,太陽(yáng)總輻射功率約為3.75×l025瓦,這是一個(gè)多么令人不可思議的天文數字!大家知道,地球的平均半徑為6371公里,其總表面積約為5.1億平方公里。太陽(yáng)投射到地球所在范圍內的輻射功率約為1.8×1017瓦,這僅占太陽(yáng)輻射總功率的1/22億左右。
據粗略估計,輻射到地球所在范圍內的太陽(yáng)能約有1/3被地球大氣層反射回目前市場(chǎng)空間去了,還約有1/3被大氣層吸收,剩下1/3多一點(diǎn)的太陽(yáng)能才能到達地球表面。這樣看來(lái),輻射到地球表面的太陽(yáng)能的功率約為6×1016瓦。別小看這個(gè)數字,它大約為目前世界上各種能源產(chǎn)生的總功率的20000倍!
利用太陽(yáng)能的方法有很多,其中較有吸引力的是太陽(yáng)能電池。只要你稍加留意,在一些比較高等的電子手表的表面上以及某些電子計算器的面板上,都有幾塊在陽(yáng)光下閃閃發(fā)光的亮片,這就是半導體太陽(yáng)能電池。只要安裝上這種小片片,電子表和計算器就不再需要安裝電池了,使用起來(lái)十分方便。
半導體材料有一種效應叫做光生伏打效應。這種效應是指,當半導體材料受到光照時(shí),半導體內的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢和電流的效應。此時(shí),不需要任何外加電源,只要有光照射,半導體的兩端就會(huì )產(chǎn)生電勢差,接上負載后就會(huì )產(chǎn)生電流。我們把這類(lèi)半導體元件稱(chēng)為光電池或太陽(yáng)能電池。這是一種把太陽(yáng)能直接轉變?yōu)殡娔艿难b置。據報道,目前太陽(yáng)能電他的能量轉換效率已可達到20%左右。
目前,研究比較多的太陽(yáng)能電池材料有硅、砷化鎵、硫化鎘等,其中硅太陽(yáng)能電池效果較好。
大家知道,硅是一種半導體材料,要做成硅太陽(yáng)能電池,必須在硅片上外延一層摻有不同雜質(zhì)的薄膜以形成p-n結。由于硅單晶的尺寸受到制造設備等因素的制約,所以目前較有吸引力的是非晶硅太陽(yáng)能電池。半導體玻璃,即非晶硅,制造工藝比較簡(jiǎn)單,也可制造出很大尺寸的薄膜材料,適合于工業(yè)化大規模生產(chǎn),因而顯示出巨大的應用前景。
太陽(yáng)能電池的用途可大了!例如,人造衛星安裝上太陽(yáng)能電池后,可以長(cháng)期為衛星提供能源�,F在已研制成功適合于小型轎車(chē)和飛機用的太陽(yáng)能電池。安裝了這種新能源的汽車(chē)和飛機不再需要其他任何燃料,無(wú)任何環(huán)境污染,可以長(cháng)期使用。人造衛星、目前市場(chǎng)飛船更是離不開(kāi)太陽(yáng)能電池。將來(lái),每幢樓房都可以安裝一個(gè)小型太陽(yáng)能“電站”:在樓頂鋪一層半導體玻璃薄膜材料,有陽(yáng)光照射時(shí)就會(huì )產(chǎn)生電力,把多余的電力存到蓄電池中,到了夜間或陰雨天,再由蓄電池向每個(gè)家庭供電。這樣,我們做飯、取暖、洗衣、看電視,就不再需要消耗別的能源了。據測算,按現在一般水平計算,每10米2的太陽(yáng)能電池每天可提供約5度電能,這些電能足夠一個(gè)家庭使用一天。
值得指出的是,目前太陽(yáng)能電池的造價(jià)還偏高,效率也還偏低,要大規模使用仍有困難。但是,隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,許多家庭和工廠(chǎng)用上太陽(yáng)能電池的日子已經(jīng)為期不遠了。
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