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    你知道太阳能板的工作原理吗?

     

    太阳能电池板的工作原理是允许来自太阳光的光子(光粒子)从原子中敲出电子。 硅本身不能承载电流,这就是为什么在太阳能粒子中发现的硅是不纯的并与磷结合的原因。 当与磷结合时,电子可以自由离域以携带电荷。 这种添加杂质的过程称为掺杂。


    结果就是所谓的N型硅及其在太阳能电池板表面上的发现。 在该N型硅层下面,它的镜子对面是:P型硅。 P型使用来自镓或硼等元素的杂质,意味着该材料具有其他电子的空间。 这产生了电磁场,其中上部N型硅层是负的,并且P型硅是正的。 电子从N型层中的原子上脱离,并朝向p型层移动以填充空的电子空间。 电子流动产生电力。

    太阳能板由什么组成?

    太阳能电池板由硅层制成。 硅形成坚硬脆弱的晶体结构,是地球上第二丰富的元素。 这种半导体材料可以生长,科学家在管中生长硅作为单一,均匀的晶体。 然后他们展开管子并将片材切成“晶片”,使它们尽可能薄。 大多数太阳能电池板的效率在10%到20%之间。 十年前,太阳能电池板的效率水平约为13%。 在2019年,它已上升到20%。 由于硅的性质,硅的上限为29%。


    对于未来的太阳能电池来取代现有的太阳能电池,它们必须能够捕获更多的光,更有效地将光转换成能量,并且比现有的设计更便宜。

    改进太阳能电池的第一个选择是增加硬件,使它们能够捕获更多的光,这意味着我们不需要放弃目前的太阳能电池设计。 电子设备可以安装在太阳能电池内,使太阳能电池在日间天空中移动时可以跟踪太阳。 如果太阳能电池始终指向太阳,那么它将允许更多的光照射太阳能电池,从而可以产生更多的电力。 目前设计能够执行此功能的电子设备是一项持续的挑战,但这方面的创新仍在继续。 或者,我们可以安装镜子,将光线聚焦到更小,更便宜的太阳能电池上,而不是让太阳能电池移动。


    改善太阳能电池性能的另一个途径是确定其效率。 具有多于一层光捕获材料的太阳能电池可以捕获更多光。 最近,经过实验室测试的四层太阳能电池可以以46%的效率捕获光。 这些细胞仍然过于昂贵且难以生产用于商业用途,但正在进行的研究可能使这些超高效细胞成为新的标准。

    提高效率的替代方案只是降低成本。 尽管几十年来它已经变得更便宜,但它仍然对太阳能电池安装的成本有很大贡献。 通过使用更薄的太阳能电池,材料成本降低。 研究人员创造了一种超薄的柔性太阳能电池,厚度为1.3微米 - 约为人类头发宽度的1/100,比办公用纸宽30倍,可以放在肥皂泡上,效果与普通玻璃一样高效 基于太阳能电池。 就像具有多层的电池一样,薄膜太阳能电池制造起来有点棘手,这限制了它们的应用,但研究正在进行中。

    在不久的将来,硅太阳能电池的成本可能会继续下降,这将使未来更多人更容易获得,特别是在发展中国家。 在美国,预计成本降低将使到2050年太阳能发电量增加500%。理论上,如我们所知,为全世界供电,我们需要4,000,000平方米的太阳能电池。 从这个角度来看,撒哈拉沙漠面积为3,600,000平方米。

    太阳能具有很大的潜力,大多数仍缺电的国家都是炎热的阳光国家。 对于这些国家来说,适应太阳能将比煤油更有效,更安全和更清洁。 然而,由于白天缺乏持续的阳光,我们不太可能看到欧洲国家完全依赖太阳能。

    多年以后,我们可能会看到我们的屋顶和太阳能发电站出现硅替代品,有助于提供清洁和可再生能源。 我们还将看到增加太阳能电池的批量生产和新技术,这将使电池板更便宜和更有效。



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