怎样让光变成电

1905年，爱因斯坦受德国物理学家普朗克的“量子假说”启发，发现光（电磁波）并非是波，而是和原子、电子一样由连续的粒子组成。爱因斯坦假设，光就是以光速C运动着的粒子流。他称之为光量子，每个光量子的能量等于光频率乘以普朗克常数h。普朗克常数h的发现，引发了量子物理革命，而爱因斯坦则因为对“光电效应”的解释，获得了1921年的诺贝尔奖。
　　
　　按照爱因斯坦的理论，当一个光量子照在有些材料上的时候，会“踢出”一个光电子，这就留下了一个“洞”，另一个电极的电子会流动过来弥补这个“洞”。电流就产生了。这就是光能转换成电能过程中微观层面上发生的情况。但并非所有材料都能打出光电子来。要有电流，电子就必须能够自由运动，“在金属中，不用光照电子也能流动，所以金属是导体。陶瓷这样的绝缘体，光照再多也打不出电子来，里面是没有电流的。惟一能被打出电子来的就是半绝缘的半导体，在一般情况下电子不会动，但在给与了某些条件后，就变成能动的了。”中科院电工研究所太阳电池技术研究组研究员周春兰解释说。
　　
　　在半导体工业中，来源丰富的硅成为最关键的材料。它不仅成为现代计算机电子学的材料基础，也成为现代电池技术的关键材料。阳光照射在硅晶体上，打出一个电子，最多可以将25%的能量传给它，其余的光能则变成热能。
　　
　　太阳能电池的运作机制中，光转换成电有两个步骤：首先要让光照射到电池上，尽可能地让光全部进去，其次才是将光电转换。
　　
　　光的采集相对容易。周春兰介绍说，当光照射到物质上的时候，会发生三种情况：被吸收、透射、反射。“现在的电池技术一般吸收和透射的问题都能解决，反射一般能控制在10%，也就是说，太阳光的采集可以做到90%。”所以，即使假设科学家们真的有一天将“微波黑洞”变成了“可见光黑洞”，实现了光的100%吸收，经过光电转换环节，最终转换效率可能也只是提高一两个百分点而已。
　　
　　“光电转换是太阳能电池技术的关键，一直没有很大的突破。”周春兰说，原因很简单，当光电子被打出来的时候，最多只能产生25%的能量转换，大部分的光能都转化为热能了。
　　
　　在当今世界上的电池技术中，廉价的太阳能电池只能将10%的能量转化为电能，最先进的太阳能电池的最高效率可达到41%多，但其制作相当复杂，材料相当昂贵，一般的太阳能电池效率只在20%以下。