1.1 光伏效应

很多情况下，物质吸收入射光后，光子的能量会将电子激发到高能级，处于高能态的受激电子通常会很快回到基态。但是有两种情况例外，一种情况是光照射金属时，波长足够短的光会激发金属中的电子，电子获得足够的能量后从金属表面逸出，这种物理现象称为光电效应。爱因斯坦用量子论提出了 E = hν ，成功地解释了光电效应现象，并因此于1921年获得诺贝尔物理学奖。当给利用光电效应制作的光电管接通外部的电源时，光照射后负载上就会有电流流过。另一种情况是在具有pn结的半导体中，电子受激后形成电子-空穴对，在内建电场作用下，电子在返回基态前会与空穴分离，进入导带，在半导体中pn结的两端形成电势差，这种现象称为光生伏打效应（简称光伏效应），若接通外部电路就能驱动负载。光电效应和光伏效应如图1-1所示。

光伏效应在1839年由法国物理学家亚历山大·埃德蒙·贝克勒尔（Alexandre-Edmond Becquerel）首先发现。他发现电解液中镀银的白金电极之间在光照下会产生光生电压。

1953年，美国贝尔实验室研究人员达里尔·切宾（Daryl Chapin）、加尔文·富勒（Calvin Fuller）和吉拉德·皮尔森（Gerald Pearson）三位科学家在对Si材料的研究中发现，在光照下Si会产生光伏效应，并研制成转换效率为4.5%的单晶硅太阳电池，几个月后该转换效率提高到6%，从此开始了阳光发电能源的开发和应用历程。1958年，美国和苏联相继将太阳电池应用于航天工程，将其作为人造卫星电源。自20世纪70年代以来，国内外许多科研人员做了大量的理论研究工作。 ^［1］