详细而简单地描述了太阳能电池板的运行以及对未来的预测
西藏如何喝茶我们
最近对太阳能电池板的
评论可能给您留下这样的印象，即收集太阳能是新事物，但是人们已经将其开发了数千年。 在它的帮助下，他们为房屋供暖，做饭和加热水。 最早描述太阳能收集的一些文件可以追溯到古希腊。 苏格拉底本人说：“在朝南的房屋中，冬日的阳光穿透画廊，夏季，阳光的路径越过我们的头顶，直接越过屋顶，形成阴影。” 他描述了希腊建筑如何利用太阳能路径对季节的依赖性。
在公元前5世纪 希腊人面临能源危机。 当他们砍伐所有森林做饭和供暖时，主要的燃料木炭就结束了。 引入了木材和煤炭的配额，必须保护橄榄树免受公民侵害。 希腊人走近危机，精心规划了城市发展，以确保每个家庭都可以利用苏格拉底描述的阳光。 技术与开明的监管机构的结合奏效了，避免了危机。
随着时间的流逝，收集太阳热能的技术仅在增长。
新英格兰的殖民者从古希腊人那里借来建造房屋的技术，以在寒冷的冬天保暖。 19世纪末，在美国出售了简单的无源太阳能热水器，其涂漆桶没有什么复杂。 从那时起，已经开发出了更先进的太阳能收集器，可以将水泵送通过吸收或聚焦光的面板。 热水储存在保温水箱中。 在寒冷的气候中，使用双流体系统，其中太阳通过储水罐中的螺旋线加热水和防冻剂的混合物，而该储罐还起着热交换器的作用。
塞浦路斯屋顶上的太阳能收集器如今，有许多复杂的商业系统可用于加热家庭中的水和空气。 太阳能集热器遍布世界各地，其中大多数人均在奥地利，塞浦路斯和以色列。
华盛顿特区的屋顶太阳能集热器太阳能电池板的现代历史始于1954年，当时发现了一种从光中提取电能的实用方法：贝尔的实验室发现光伏材料可以由硅制成。 这一发现成为当今太阳能电池板（将光能转化为电能的设备）的基础，并开创了太阳能的新时代。 通过深入的研究，当前的太阳能时代将继续，并且太阳打算在将来成为主要的能源。
什么是太阳能电池？
太阳能电池最常见的类型是硅半导体器件，它是固态二极管的较远的一种。 太阳能电池板由一组相互连接的太阳能电池组成，可产生具有所需电压和力的输出电流。 元件被保护性外壳包围，并用玻璃窗覆盖。
太阳能电池由于光生伏打效应而发电，这在贝尔实验室根本没有发现。 它于1839年由法国物理学家亚历山大·埃德蒙·贝克勒尔（Alexander Edmond Becquerel）首次发现，他是物理学家安托万·塞萨尔·贝克勒尔的儿子，物理学家安托万·亨利·贝克勒尔的父亲，后者获得了诺贝尔奖并发现了放射性。 一百多年后，贝拉实验室在太阳能电池的制造上取得了突破，这成为制造最常见类型的太阳能电池的基础。
用固态物理学的语言，太阳能电池是基于硅晶体中的pn结而创建的。 通过向晶体的不同区域添加少量不同的缺陷来创建过渡。 这些区域之间的接口将成为过渡。 在n侧，电子承载电流，在p侧-缺少电子的空穴。 在邻近界面的区域中，电荷扩散会产生内部电势。 当具有足够能量的光子进入晶体时，它可以从原子中敲除电子并产生新的电子-空穴对。
新释放的电子被吸引到跃迁另一侧的空穴上，但是由于其内部电势，它无法穿过它。 但是，如果给了电子通过外部电路的路径，它们将沿着该路径行进并沿该路径照亮我们的房屋。 到达另一侧，它们重新组合了孔。 阳光普照时，此过程继续进行。
释放束缚电子所需的能量称为带隙。 这是理解为什么光伏电池具有固有效率限制的关键。 带隙是晶体及其杂质的恒定特性。 以如下方式调节杂质：太阳能电池的带隙接近可见光谱中的光子能量。 这种选择是由实际考虑决定的，因为可见光不会被大气吸收（换句话说，由于进化，人们已经获得了看到最常见波长的光的能力）。
光子能量被量化。 能量小于带隙的光子（例如，来自光谱的红外部分）不能创建电荷载流子。 它只是加热面板。 即使两个红外光子的总能量足够，它们也不起作用。 能量过高的光子（例如，在紫外线范围内）会击落电子，但是多余的能量将被浪费。
由于效率的定义是入射到面板上的光的能量除以接收到的电量-并且由于该能量的很大一部分将会损失-效率无法达到100％。
硅太阳能电池的带隙为1.1 eV。 从电磁频谱图可以看出，可见光谱在该区域中高一点，因此任何可见光都会给我们带来电。 但这也意味着每个吸收的光子的部分能量会损失并转化为热量。
结果证明，即使使用在无可挑剔的条件下制造的理想太阳能电池板，理论上的最大效率也将约为33％。 对于市售面板，效率通常为20％。
钙钛矿
大多数商业安装的太阳能电池板由上述硅电池制成。 但是世界各地的实验室正在研究其他材料和技术。
近年来最有前途的领域之一是对钙钛矿材料的研究。
钙钛矿矿物CaTiO
3于1839年被命名，以纪念俄国政治家
伯·洛夫斯基伯爵
（1792-1856） ，他是矿物的采集者。 可以在地球的任何大陆和至少一个系外行星的云中找到该矿物。 钙钛矿也被称为合成材料，其具有与天然钙钛矿相同的菱形晶体结构，并且在结构上具有相似的化学结构。
取决于元素，钙钛矿表现出各种有用的性质，例如超导性，巨大的磁阻和光电性质。 由于它们在实验室研究中的有效性在过去7年中从3.8％提高到20.1％，因此在太阳能电池中的使用引起了极大的乐观。 快速的进步激发了人们对未来的信心，特别是因为效率的局限性越来越明显。
最近在洛斯阿拉莫斯（Los Alamos）进行的实验表明，某些钙钛矿制成的太阳能电池的效率与硅接近，同时更便宜且更易于制造。 钙钛矿吸引力的秘诀是能够快速，轻松地生长毫米大小的晶体而在薄膜上没有缺陷的能力。 对于理想的晶格来说，这是一个非常大的尺寸，从而使电子可以不受干扰地穿过晶体。 与1.1 eV的硅几乎理想值相比，该质量可部分弥补1.4 eV的不完美带隙。
旨在提高钙钛矿效率的大多数研究都与寻找消除晶体缺陷的方法有关。 最终目标是用理想的晶格为元素制作整层。 麻省理工学院的研究人员最近在此问题上取得了长足的进步。 他们发现了如何用光照射钙钛矿制成的薄膜来“修复”缺陷。 由于缺乏与膜的接触，该方法比包括化学浴或电流的先前方法要好得多。
钙钛矿是否会导致太阳能电池板成本或效率的革命尚不清楚。 制作它们很容易，但是到目前为止它们分解得太快了。
许多研究人员正在尝试解决衰减问题。 对中国人和瑞士人的共同研究导致了一种由钙钛矿形成晶胞的新方法，从而消除了孔运动的需要。 由于是空穴传导层降解，因此材料应该更加稳定。
锡基钙钛矿太阳能电池伯克利实验室的最新报告描述了钙钛矿如何在一天之内达到理论效率极限31％，并且仍然比硅便宜。 研究人员使用原子显微镜测量了各种颗粒表面的转换效率，该显微镜可以测量光电导率。 他们发现不同的面孔有不同的效率。 现在，研究人员认为，他们可以找到一种方法来生产薄膜，在该薄膜上，只有最有效的面才能连接到电极上。 这可以导致电池效率达到31％。 如果可行，这将是技术上的革命性突破。
其他研究领域
因为可以通过改变添加剂来调节带隙，所以可以制造多层面板。 每一层都可以调谐到特定波长。 这种电池理论上可以达到40％的效率，但是到目前为止仍然很昂贵。 结果，它们比在房屋屋顶上更容易在NASA卫星上找到。
在牛津大学和柏林硅光伏研究所的科学家进行的一项研究中，多层膜与钙钛矿结合在一起。 研究团队致力于解决材料的可降解性问题，从而创造了制造带隙可调的钙钛矿的可能性。 他们设法制作了一个带宽为1.74 eV的单元版本，几乎是与硅层配对制造的理想选择。 这可以导致以30％的效率创建廉价的电池。
圣母大学的一个小组开发了一种由半导体纳米粒子制成的光伏涂料。 这种材料还不能替代太阳能电池板，但生产起来更容易。 优点之一是可以应用于不同的表面。 潜在地，它比需要安装在屋顶上的刚性面板更容易使用。
几年前，麻省理工学院的一个团队在制造太阳能热燃料方面取得了进展。 这种物质可以在自身内部长时间存储太阳能，然后在使用催化剂或加热时根据需要将其释放出来。 燃料通过其分子的非反应性转化来实现这一目标。 响应太阳辐射，分子被转换为光异构体：化学式相同，但形状正在变化。 太阳能作为附加能量存储在异构体的分子间键中，可以表示为原始分子的较高能态。 开始反应后，分子回到其原始状态，将存储的能量转化为热量。 热量可以直接使用或转化为电能。 这个想法潜在地消除了对电池的需求。 可以运输燃料并利用其他地方获得的能量。
麻省理工学院发表了使用
富马烯 二氢钌的研究成果后，一些实验室试图解决材料生产和材料成本方面的问题，并开发出一种系统，在该系统中，燃料在充电状态下将足够稳定并能够“充电”，从而可以重复使用。 就在两年前，同一位麻省理工学院的科学家创造了可以测试至少2,000次充/放电循环而不会明显降低性能的太阳能。
创新之处在于将燃料（即偶氮苯）与碳纳米管结合在一起。 结果，其分子以某种方式排列。 所得燃料的效率为14％，能量密度与铅酸电池相似。
铜锌锡硫化物的纳米粒子在较新的作品中，太阳能是以透明薄膜的形式制成的，可以将其啄在汽车的挡风玻璃上。 在晚上，由于白天获得的能量，电影融化了冰。 毫无疑问，该领域的发展速度很快将使太阳能热燃料从实验室转移到熟悉的技术领域。
伊利诺伊大学芝加哥分校的研究人员正在开发另一种直接从太阳光（人工光合作用）产生燃料的方法。 他们的“人造叶子”利用阳光将大气中的二氧化碳转化为“合成气”，即氢气和一氧化碳的混合物。 合成气可以燃烧或转化为更常规的燃料。 该过程有助于从大气中去除多余的CO
2 。
斯坦福大学的研究小组使用碳纳米管和富勒烯代替硅来制造了太阳能电池原型。 它们的功效远低于商业面板，但仅使用碳来制造它们。 原型中没有有毒物质。 它是硅的一种更绿色的替代品，但它需要提高效率以实现经济利益。
其他材料和生产技术的研究仍在继续。 一个有前途的研究领域包括单层，即具有单分子厚层的材料（例如石墨烯）。 尽管这种材料的绝对光伏效率很小，但是它们每单位质量的效率比普通的硅板高出一千倍。
其他研究人员正在尝试制造中等范围的太阳能电池。 这个想法是创建一种具有纳米结构或特殊合金的材料，其中光子可以以不足以克服通常的带隙的能量工作。 在这种材料中，一对低能光子可以敲出电子，这在传统的固态设备中无法实现。 这样的设备可能会更有效，因为它们使用更大范围的波长。
自从1954年硅元素发明以来，光伏元素和材料的研究领域不断发展，并且迅速稳定地发展，使人们相信，接受太阳能的热情不仅会持续，而且还会增加。
这些研究是及时发生的。 在最近的一项荟萃研究中，研究表明，太阳能在接收能量与消耗能量的比值或能量效率方面超过了石油和天然气。 这是一个重要的转折点。
毫无疑问，太阳能将成为工业和私营部门中一种重要的能源形式，即使不是占主导地位的能源。 希望在不可逆转的全球气候变化发生之前减少对化石燃料的燃烧。