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太阳能. 核聚变. 氢原子. 波粒二象性. 光子. 太阳每秒辐射到太空的热量相当于一亿亿吨煤炭完全燃烧产生热量的总和，而地球上仅接收到这些能量的 22 亿分之一。太阳每年送给地球的能量相当于 100 亿亿度电的能量。. 太阳主要由普通气体组成，其中氢约 71.3 ％、 氦约 27 ％， 其它元素约 2 ％。. 核聚变过程中质量亏损，产生光子. 光的分类. 光子的唯一特征就是其频率，按照频率进行分类。.
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核聚变 氢原子 波粒二象性 光子 太阳每秒辐射到太空的热量相当于一亿亿吨煤炭完全燃烧产生热量的总和，而地球上仅接收到这些能量的22亿分之一。太阳每年送给地球的能量相当于100亿亿度电的能量。 太阳主要由普通气体组成，其中氢约71.3％、 氦约27％， 其它元素约2％。 核聚变过程中质量亏损，产生光子
光的分类 光子的唯一特征就是其频率，按照频率进行分类。 太阳辐射光谱的99％以上在波长 0.15～4.0微米之间。大约50％的太阳辐射能量在可见光谱区（波长0.4～0.76微米），7％在紫外光谱区（波长<0.4微米），43％在红外光谱区（波长>0.76微米）,最大能量在波长 0.475微米处
光子作用机理示意图 分子共振 激发量子能级跃迁 主要是微波红外光子，其频率低，光子能量小，不足以激发核外电子向高能级跃迁，光子使原子分子振动加剧，内能升高 主要存在于高频率光子作用。其能量较高，足以激发核外电子从低能级向高能级跃迁，甚至使电子逃逸出原子表面。
热能 机械能 电能 ? 通过燃烧将化学能转变为热能 光合作用 太阳能变化学能 内燃机 燃气轮机 锅炉 埋在地下变成煤炭和油气
光电效应的发现 埃德蒙·贝克勒尔 Edmond Becquerel（1820 –1891 ） 法国物理学家 1839年贝克勒尔描述的实验装置图 埃德蒙·贝克勒尔19岁时，在其父亲Antoine César Becquerel的实验室工作，用各种不同光源（包括阳光）照射浸入硫酸溶液中的铂金电极，发现了光电效应。实验发现，当电极涂有AgCl或AgBr感光材料时，用蓝光或紫外光获得的结果最好。他利用光电效应开发了辐射仪，通过测量辐射光强度，标记被加热物体的温度。
固体材料的光电效应 William Grylls Adams （1836 - 1915) 1876年亚当斯研究硒材料光电效应的实验装置 1876年William Grylls Adams和他的学生Richard Evans Day 对固体材料硒在光照下能产生电进行研究，提出形成内部电压的解释。实验装置采用加热的铂金丝与透明硒的小圆柱体端部相接触的方法。
第一块太阳电池 1883年Fritts展示的薄膜硒电池 1883年Charles Edgar Fritts用超薄的黄金膜贴在硒材料上形成电池结，制成了第一块真正的太阳电池。但效率只有1％左右。
现代太阳电池板的发明 贝尔实验室的三位太阳电池板发明人：Gerald L. Pearson, Daryl M. Chapin, and Calvin S. Fuller （1954年） Russell Ohl (1898-1987) 美国发明家 贝尔实验室 1940年Russell Ohl 发现了硅材料的 p-n 结和光电效应，并于1941年申请了世界上第一个硅基太阳电池专利。1954年贝尔实验室的三位发明家制成了世界上第一个太阳电池板。 贝尔实验室太阳电池板广告（约1955年），效率6％。 目前单晶硅太阳能电池效率最高达到24.7％
原子的电子壳层和能级 锗原子的能级简图 锗原子的电子壳层 电子在原子中的运动状态是由主量子数n、副量子数l、磁量子数m、自旋量子数ms决定的，并且可以用能级来描述电子可能的运动状态。 电子在壳层中分布必须满足两个基本原理：泡利（W. Pauli）不相容原理：不可能有两个或两个以上的电子具有相同的状态；能量最小原理：原子中每个电子都有优先占据能量最低的空能级的趋势。 最外壳层中的电子称为价电子。价电子所处的基态能级叫价级。价电子经激发后，可以跃迁到价级以上的空能级中去，这些空能级称做激发能级。图上游离级表示电子可以自由运动的游离状态。
能带的形成 电子的共有化运动 硅原子能级的分裂 孤立原子中的电子只能在各个允许的壳层上运动。当原子结合为晶体时，各个原子互相靠得很近，不同原子的内、外壳层都有了一定的重叠，重叠壳层的电子不再属于原来的原子独自所有，可通过量子数相同且又互相互相种叠的壳层转移到相邻的原子上去，属于整个晶体所有，这就是晶体中的共有化运动。共有化运动的结果，使得孤立原子的单一能级分裂成为能带。每一能带有许多相距极近的能级组成。这些可为电子占据的能带为允带；两个允带之间的间隙不允许电子存在，称为禁带。
能带与物质的导电性 为了得到光生电流，要求半导体材料具有合适的禁带宽度。不同的材料具有不同的禁带宽度，能够吸收太阳光能量范围也不同。当入射光子能量大于半导体材料的禁带宽度时，才能产生光电子，而大于禁带宽度的光子的能量部分以热的形式损失。 未被电子填满的能带或空能带称为导带；已被电子填满的能带称为满带或价带。物质的导电性取决于其价带是否填满、禁带是否存在以及禁带宽度等因素。良导体的导带和价带重叠，禁带消失，价带中的电子在电场作用下，可以自由地进入导带。绝缘体的价带和导带之间夹有很宽的禁带，价带中所有能级都被电子充满，而导带几乎是空的，一般的电场既不能使价带电子移动，又不能使它们跃迁到导带。半导体硅原子之间靠中等强度的共价键连结，只要硅原子有一些热运动，总会有一些键破裂，产生一些自由电子，而在键破裂之处产生等量的带正电的“空穴”。半导体硅的禁带并不像绝缘体那样宽，因此有一些电子可以因热运动从价带中跳到导带上去而在价带上留下空穴。有外电场时，导带中的电子在导带里向高能级运动而传导电流，同时价带中的电子不断递补空穴的位置，好像空穴也在价带里向低能级运动，传导电流，因而半导体有一定的导电能力。光源发射的光子能量必须大于电子克服导带和价带之间的禁带所需的能量才能产生电子空穴对。
在硅中加进Ⅴ族元素磷，晶格中的一个磷原子的四个电子与周围四个硅原子的电子形成共价键，还剩一个价电子不能被安排在硅晶格正规价键结构中，因此游离而使磷原子电离。这样，磷在硅中的电离能比硅的禁带宽度小很多，只有很小的能量就可使电子跳到导带。这个游离的电子的能级对应禁带区域的一个孤能级，这个能级被称为施主能级，相应的杂质原子被称为施主。在硅中加进Ⅴ族元素磷，晶格中的一个磷原子的四个电子与周围四个硅原子的电子形成共价键，还剩一个价电子不能被安排在硅晶格正规价键结构中，因此游离而使磷原子电离。这样，磷在硅中的电离能比硅的禁带宽度小很多，只有很小的能量就可使电子跳到导带。这个游离的电子的能级对应禁带区域的一个孤能级，这个能级被称为施主能级，相应的杂质原子被称为施主。 在硅中加进Ⅲ族元素硼，一个硼原子在晶格中与周围四个硅原子构成共价键时，缺少一个价电子，因而很容易从别处夺来一个价电子，自身电离成负离子，并向价带提供空穴。这种杂质局部能级接近价带顶部能级，热运动动能就可使空穴跳到价带。空穴运动在禁带中共同创建了一个靠近价带的能级。这个能级被称为受主能级，相应的杂质原子被称为受主。 掺杂半导体 半导体通过适当的掺杂，可在禁带中产生附加的能级，价带中的电子先跃迁到这些能级上，然后再跃迁到导带中去，比电子从价带直接跃迁到导带去来得容易。
P-N结和太阳电池工作原理 N型区 p-n结 P型区 内建电场 方向 电子 空穴 太阳电池 工作原理 太阳电池发电的主要原理是半导体的光电效应。硅原子有4个电子，如果在纯硅中掺入有5个电子的原子如磷原子，就成为带负电的N型半导体；若在纯硅中掺入有3个电子的原子如硼原子，形成带正电的P型半导体。当P型和N型结合在一起时，接触面就会形成电势差，成为太阳电池。当太阳光照射到P-N结后，空穴由N极区往P极区移动，电子由P极区向N极区移动，形成电流。 P-N结形成“内建电场”，犹如水库大坝，使电子和空穴定向流动。
太阳电池基本结构 减反膜 太阳电池由p掺杂和n掺杂的半导体材料组成电池核心，在n区表面沉积有减反射膜，降低电池表面对太阳光的反射，提高电池对光的吸收。光生电流由上电极和下电极引出。硅太阳电池作为电源使用需将若干个电池片串联、并联连接并严密封装成组件。
光伏并网发电系统 光伏并网发电系统，由光伏组件、并网逆变器、计量装置及配电系统组成。太阳能能量通过光伏组件转化为直流电力，再通过并网逆变器将直流电能转化为与电网同频率、同相位的正弦波电流，送入电网。
如何高效吸收太阳辐射能 光线传播的途径 真空集热管
我国太阳能热水器应用情况和产业发展 1995年皇明不足十人租用民房、旧厂房负债上百万元起步，创业十年以来，成长为世界上最大的太阳能热水器生产基地，推广应用太阳能近1000万平方米，超过欧盟的总和、北美的两倍、日韩的六倍，累计为国家节约标准煤2000多万吨，减少各类污染排放约2000万吨。
槽式：94.57%；塔式：4.37%；菲涅尔式：0.89%；碟式：0.17%槽式：94.57%；塔式：4.37%；菲涅尔式：0.89%；碟式：0.17% 太阳能热发电类型 塔式 碟式 替 代 槽式 菲涅尔式
美国太阳能槽式热发电 在1985～1991年间，美国在南加州先后建成9座槽式太阳能热发电站，总装机容量354MW，年发电总量10.8亿度，发出的电力可供50万人使用。随着技术进步，系统效率由起初的11.5%提高到13.6％，建造费用由5976美元/KW降低到3011美元/kW，发电成本由26.3美分/KWh降低到了12美分/kWh。当发电成本降到8美分/KWh时，太阳能热发电可与常规矿物能源发电相媲美。 2005年在美国内华达州建成了“内华达太阳能一号”槽式热发电站，该电站采用了德国肖特公司生产的总长为72千米的中高温太阳能真空集热管，装机容量64MW，电站发电足以满足4万户家庭的生活用电。 加州9座槽式太阳能热发电站 内华达太阳能一号
太阳能碟式热发电 外燃机
太阳能优点和缺点是什么？光伏发电和光热发电适用性？如何看待光伏产业和光伏应用？太阳能优点和缺点是什么？光伏发电和光热发电适用性？如何看待光伏产业和光伏应用？
