为什么光电材料能把光转换成电

光电材料通常用来制造太阳能电池，它能把太阳能转换为电能。现在全球90％的宇宙空间飞行器都靠太阳能电池提供动力，其功率从几瓦到几十千瓦不等。1988年9月7日，我国发射了第一颗太阳同步轨道气象卫星“风云一号”，上面使用了2厘米×2厘米的高效硅太阳能电池14266片，可供电830多瓦，光电转换效率达12％～14％。其中有一块砷化镓光电材料，光电转换效率高达33％。

那么，光电材料是怎样把光能转换成电能的呢？

目前的光电材料都为半导体材料，它具有导电体和绝缘体的两重性。如果在半导体硅晶体中加入少量磷，由于磷原子最外层的电子数为5个，比半导体的硅或锗要多出一个电子，当晶体温度升高或受光照射时，多出的这个电子就可获得能量，逐渐脱离磷原子成为自由原子，使半导体的电阻率急剧下降。如果在半导体晶体中加入少量硼，由于硼原子的最外层电子数为3，比硅或锗原子的最外层电子要少一个。因此硼渗入硅晶体后就会形成“空穴”，而这种“空穴”犹如正电荷，也会像自由电子一样在晶体内移动。

按电子方式自由活动的半导体称“n型半导体”，按空穴方式活动的则称“P型半导体”，当在这两种晶体中间插入一极薄层，使之一边为P型，另一边为n型，这种结构就叫“pn结”。太阳光中含有称为光子的能量粒子，当阳光照射到光电材料上时，pn结就接受到光子的能量，使n型半导体产生自由电子而呈负电位，P型半导体的空穴则呈正电位。这样就在硅半导体的两端产生了电位差。当用导线将两端连接起来，电流就产生啦！

到今天，光电材料已广泛应用在电子计算器、手表等民用产品上，跨入21世纪后，随着“屋顶太阳能发电”、“太阳能汽车”等技术的推广，光电材料将会与我们的生活更为贴近。

关键词：光电材料 半导体 光电转换 pn结