電池材料之半導體玻璃

人們常說，萬物生長靠太陽。這話一點不假。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，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℃，在如此之高的溫度下，還有什么物質能不被熔化呢？！太陽的巨大能量是從哪里來的呢？研究表明，太陽本身就是一個大原子核聚變反應堆。這種反應是氫聚變為氦的熱核反應。熱核反應使太陽向空間輻射出驚人的巨大能量。據推算，太陽總輻射功率約為3.75×l025瓦，這是一個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多一點的太陽能才能到達地球表面。這樣看來，輻射到地球表面的太陽能的功率約為6×1016瓦。別小看這個數字，它大約為目前世界上各種能源產生的總功率的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算器的面板上，都有幾塊在陽光下閃閃發光的亮片，這就是半導體太陽能電池。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，半導體內的電荷分布狀態發生變化而產生電動勢和電流的效應。此時，不需要任何外加電源，只要有光照射，半導體的兩端就會產生電勢差，接上負載后就會產生電流。我們把這類半導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變為電能的裝置。據報道，目前太陽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，所以目前最有吸引力的是非晶硅太陽能電池。半導體玻璃，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，適合于工業化大規模生產，因而顯示出巨大的應用前景。太陽能電池的用途可大了！例如，人造衛星安裝上太陽能電池后，可以長期為衛星提供能源。現在已研制成功適合于小型轎車和飛機用的太陽能電池。安裝了這種新能源的汽車和飛機不再需要其他任何燃料，無任何環境污染，可以長期使用。人造衛星、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小型太陽能“電站”：在樓頂鋪一層半導體玻璃薄膜材料，有陽光照射時就會產生電力，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的太陽能電池每天可提供約5度電能，這些電能足夠一個家庭使用一天。值得指出的是，目前太陽能電池的造價還偏高，效率也還偏低，要大規模使用仍有困難。但是，隨著科學技術的進步，許多家庭和工廠用上太陽能電池的日子已經為期不遠了。