为什么太阳光能够变成电？

  太阳能是地球上绝大部分能源之“源”。但是，人类只利用了太阳能中极少的一部分。要想将太阳馈赠的“礼物”变得更有用，最好的办法就是将它转变成更便于利用的有效形式，比如人们日常生活中离不开的电。

  利用太阳光来发电有两类方式：一类是太阳光直接发电，叫作太阳能光伏发电；另一类是太阳光间接发电，又叫太阳能光热发电。

  在太阳能光热发电中，有一种称为聚光太阳能发电（简称CSP）的技术，即先用抛物镜将阳光聚集到充满合成油的吸热管上，等到合成油被阳光加热到约400℃时，再将热油输送至热交换器里，通过热交换器加热循环水，产生水蒸气，推动涡轮转动，从而带动发电机发电。太阳能光热发电与常规火力发电原理是类似的，只是热能不是来自煤炭的燃烧，而是来自太阳光，因此非常洁净。

  与太阳能光热发电不同，光伏发电直接将阳光转变成电。科学家发现了一种能吸收阳光产生电能的半导体材料，它的这种特殊本领称为光伏效应。

  光伏效应涉及两个最基本的过程，一个是电子—空穴对的产生，另一个是电子—空穴对的分离。

  物质是由分子构成的，分子是由原子构成的，原子里有电子。半导体也是一种物质，它里面也有电子。当半导体中的电子吸收阳光后，获得能量，变得异常“兴奋”，就从低能量态“跃”到高能量态。由于电子的离开，在低能量态的位置就留下了电子的一个“空座位”，科学家给这个空座位起名叫作“空穴”。因为电子带负电荷，所以空穴就带正电荷。这就是电子—空穴对的产生。

  如果往水里加一点糖，就会变成糖水，加一点盐就会变成盐水。同样，如果在半导体里掺入两种不同的物质，例如加一点磷或者硼，半导体也会变成两种“味道”不同的半导体，一种称为n型半导体，另一种则叫p型半导体。如果把n型半导体和p型半导体接触在一起，界面上就会形成pn结。pn结界面上跨越着内建电场，能够将电子—空穴对分离，指挥所有电子到n型半导体这边“集合”，空穴则到p型半导体那边“集合”。这就是电子—空穴对的分离。

  半导体中的电子在吸收阳光、获得能量后，便离开“座位”，产生了电子—空穴对。pn结中的内建电场将这些电子—空穴对分离，所有带负电荷的电子聚集在一边，而带正电荷的空穴聚集在另一边。在两边装上电极就构成了一个电池，这种电池就叫光伏电池或者叫太阳能电池。这就是阳光直接变成电的过程。