发明人:埃德蒙·贝克勒尔(EdmondBecquerel)于1839年发明了第一个光伏电池;威洛比·史密斯(WilloughbySmith)于1873年发现硒的光敏电阻率;查尔斯·弗里茨(CharlesFritts)于1883年用硒制造了第一个太阳能电池;罗素·奥尔(RussellOhl)于1940年发现硅中的p-n结,1941年获得第一个硅太阳能电池的专利;贝尔实验室于1953年开发了第一个实用的硅太阳能电池。
太阳能电池增长:2015年至2016年,美国太阳能发电量增长了97%,平均发电量为14.8吉瓦。
光伏板,或者说更广为人知的太阳能板,在许多地区随处可见。近年来,私人住宅、企业和公用事业单位都在以前所未有的速度安装太阳能电池板。这些设备的起源可以追溯到19世纪中期,尽管在它们的大部分历史中,仅仅是出于一种科学的好奇。
1839年,法国一位名叫埃德蒙·贝克勒尔(EdmondBecquerel)的年轻物理学家在他父亲的实验室里做实验,他发明了第一个光伏电池。他把氯化银和铂电极放在酸性溶液中。当电池被照亮时可以产生电流。虽然贝克勒尔可以重现他的发现,但他无法解释所谓的“光伏效应”的原理。
威洛比·史密斯(WilloughbySmith)在试图制造电阻测试水下电报电缆时偶然发现了硒的光敏特性。史密斯于1873年在科学杂志《自然》上发表了他的发现,但他在当时更出名的是作为一名电气工程师开创了测试水下电报电缆的新方法。
1873年,查尔斯·弗里茨(CharlesFritts)是第一个用硒制造太阳能电池的人。弗里茨还创造了第一个太阳能电池板,这是他收集硒太阳能电池制成的,并于1884年安装在纽约市的屋顶上。
随着美国在19世纪末向各种各样的人颁发专利,太阳能电池得到持续发展。直到20世纪中期,贝尔实验室的科学家们才真正开始了解光伏效应并将其付诸实践。说到这里我们不得不提起罗素·奥尔(RussellOhl)。
1940年,罗素·奥尔无意中发现(见下文:“又一个令人欣喜的意外”)杂质可以被添加到硅中(一种被称为掺杂的过程)来制造太阳能电池。奥尔为他的硅电池申请了专利,这比之前的硒太阳能电池有了很大的改进。他在认识半导体内部实际情况方面的开创性工作值得称赞。
一个令人欣喜的意外
1873年,威洛比·史密斯(WilloughbySmith)正在寻找一种可靠的电阻,作为水下电报通信电缆测试方法的一部分。他选择硒棒来制作电阻,因为硒元素的电阻率(物质电阻特性的物理量)高。令他烦恼的是,在实际操作中,他发现电阻值变化很大。史密斯确定硒电阻值的大小,取决于它受到光照的多少。很偶然地,让他发现了光敏电阻。史密斯公布了他对硒的进一步实验结果,这最终引导了其他人用硒这种半导体制作光电池,并且最终用于制造太阳能电池板。
1953年,贝尔实验室研究硒太阳能电池的工程师达里尔·查宾(DarylChapin),试图在潮湿地区为电话系统找到一种替代干电池的方法。当时的干电池在潮湿的环境中容易降解。他的同事卡尔文·富勒(CalvinFuller)和杰拉尔德·皮尔森(GeraldPearson)一直在一起进行另一项研究,也就是通过仔细引入杂质来改变硅半导体的性质。在取得了一些初步的成功之后,这三人团队合作,最终生产出了人们普遍认为的第一款实用太阳能电池。它的效率为6%,明显优于查宾(Chapin)研究的硒太阳能电池。
今天,一个优质太阳能电池板的实际效率仍然只有18%~22%。科学家和工程师们一直在努力改进这一技术,这项技术从实验室看来很有前途。(见后文:“未来的太阳能产品”)
又一个令人欣喜的意外