電池材料之半導(dǎo)體玻璃

人們常說，萬物生長靠太陽。這話一點(diǎn)不假。如果沒有太陽提供的光和熱，地球上幾乎所有的生物都將面臨滅頂之災(zāi)，人類也不例外。太陽是離地球最近的一顆恒星，直徑比地球大100多倍。太陽是一個(gè)巨大熾熱的大火球，其表面溫度高達(dá)6000℃，而其中心的溫度更是高達(dá)2000萬℃，在如此之高的溫度下，還有什么物質(zhì)能不被熔化呢？！太陽的巨大能量是從哪里來的呢？研究表明，太陽本身就是一個(gè)大原子核聚變反應(yīng)堆。這種反應(yīng)是氫聚變?yōu)楹さ臒岷朔磻?yīng)。熱核反應(yīng)使太陽向空間輻射出驚人的巨大能量。據(jù)推算，太陽總輻射功率約為3.75×l025瓦，這是一個(gè)多么令人不可思議的天文數(shù)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。太陽投射到地球所在范圍內(nèi)的輻射功率約為1.8×1017瓦，這僅占太陽輻射總功率的1／22億左右。據(jù)粗略估計(jì)，輻射到地球所在范圍內(nèi)的太陽能約有1／3被地球大氣層反射回宇宙空間去了，還約有1／3被大氣層吸收，剩下1／3多一點(diǎn)的太陽能才能到達(dá)地球表面。這樣看來，輻射到地球表面的太陽能的功率約為6×1016瓦。別小看這個(gè)數(shù)字，它大約為目前世界上各種能源產(chǎn)生的總功率的20000倍！利用太陽能的方法有很多，其中最具吸引力的是太陽能電池。只要你稍加留意，在一些比較高檔的電子手表的表面上以及某些電子計(jì)算器的面板上，都有幾塊在陽光下閃閃發(fā)光的亮片，這就是半導(dǎo)體太陽能電池。只要安裝上這種小片片，電子表和計(jì)算器就不再需要安裝電池了，使用起來十分方便。半導(dǎo)體材料有一種效應(yīng)叫做光生伏打效應(yīng)。這種效應(yīng)是指，當(dāng)半導(dǎo)體材料受到光照時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)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(yīng)。此時(shí)，不需要任何外加電源，只要有光照射，半導(dǎo)體的兩端就會(huì)產(chǎn)生電勢差，接上負(fù)載后就會(huì)產(chǎn)生電流。我們把這類半導(dǎo)體元件稱為光電池或太陽能電池。這是一種把太陽能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。據(jù)報(bào)道，目前太陽能電他的能量轉(zhuǎn)換效率已可達(dá)到20％左右。目前，研究比較多的太陽能電池材料有硅、砷化鎵、硫化鎘等，其中硅太陽能電池效果最好。大家知道，硅是一種半導(dǎo)體材料，要做成硅太陽能電池，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(jié)。由于硅單晶的尺寸受到制造設(shè)備等因素的制約，所以目前最有吸引力的是非晶硅太陽能電池。半導(dǎo)體玻璃，即非晶硅，制造工藝比較簡單，也可制造出很大尺寸的薄膜材料，適合于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，因而顯示出巨大的應(yīng)用前景。太陽能電池的用途可大了！例如，人造衛(wèi)星安裝上太陽能電池后，可以長期為衛(wèi)星提供能源。現(xiàn)在已研制成功適合于小型轎車和飛機(jī)用的太陽能電池。安裝了這種新能源的汽車和飛機(jī)不再需要其他任何燃料，無任何環(huán)境污染，可以長期使用。人造衛(wèi)星、宇宙飛船更是離不開太陽能電池。將來，每幢樓房都可以安裝一個(gè)小型太陽能“電站”：在樓頂鋪一層半導(dǎo)體玻璃薄膜材料，有陽光照射時(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(jù)測算，按現(xiàn)在一般水平計(jì)算，每10米2的太陽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，目前太陽能電池的造價(jià)還偏高，效率也還偏低，要大規(guī)模使用仍有困難。但是，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，許多家庭和工廠用上太陽能電池的日子已經(jīng)為期不遠(yuǎn)了。