阳光从这里照耀              

鲍海飞 编译 2012-11-14

以前，人们从未像今天这样更加渴望太阳，从未想到过要像今天这样来充分利用太阳能。当地球上的矿物能源，煤炭、天然气和石油在一点一点地被人们挖掘使用，同时这些燃烧的能源又排放出了大量的废气造成了环境破坏和污染，而最重要的是这些资源又非常有限，终究有一天将被耗尽，这时，人们再一次把目光聚焦到这大自然最宝贵的、天然的、绿色清洁能源上来-太阳能。其中，太阳能电池是最重要的能量转换器件，它是利用半导体中的光伏效应(photo voltaic effect)把光能直接转变成电能的器件。

最初的光伏研究工作是在1839年,法国物理学家Alexander-Edmond Becquerel发现了光伏特效应，后来也叫Becquerel effect。A.E.Becquerel用一束光照射到一种含有AgCl的酸性电解液中的（导电液体，conductive liquid）铂(Pt)电极上的时候，它观察到了电压和电流的变化。那时，A.E.Becquerel是在他父亲著名的物理学家Antoine-Cesar Becquerel的实验室里工作，当时他年仅19岁；而后来，他的儿子Antoine Henry Becquerel更是一著名的物理学家，由于发现了放射性而获得了1903年的诺贝尔物理奖。真是老子英雄而好汉，又是近水楼台先得月！

按照大英百科全书的记载，真正的太阳能电池是在1883年由美国科学家Charles Fritts制造的，即在半导体硒(Se)薄膜表面上蒸镀了一层极薄的金薄膜，从而形成了一个金属-半导体结。而在1941年的时候，贝尔实验室(Bell labs)的Russell Ohl发明了硅上的太阳能电池，当时，太阳能的转换效率都小于1%，今天则远远超过这个量级了。

而真正带来了太阳能光伏产业革命的是在1952年，由美国贝尔实验室三个科学，即Daryl Chapin, Calvin Fuller, Gerald Pearson开始的。当初，他们可能从未想到过他们的发明会带来今天这样太阳能电池的光伏工业革命，因为在1952年的时候甚至根本没有光伏工业这个词。

三个科学家当时只是试图去解决贝尔电报载波系统(telepone carrier system)中的一些技术难题，主要是能源供给问题。传统的干电池，在温和的环境下工作还工作得很好，但是一到热带环境下，其性能急剧退化，甚至停止工作。公司因此请他们的著名研究队伍-贝尔实验室，去开发探索其它的独立工作的电源。Daryl Chapin被任命负责。那时，他的工作主要是测试风机、热电发电机组、和蒸汽机等。作为一个太阳能的关注者和热心者，他建议他的研究应该包括太阳能电池，他的导师同意了他的想法。

于是在1952年的2月，Chapin开始了他的研究工作，起初是研究硒（Se），但不成功。硒电池在当时来说是市场上唯一能够得到的产品，但产生的功率很小，每平方米只有5瓦，其把入射的太阳光转换成电的效率小于0.5%。Chapin的难题很快引起了贝尔实验室另一为研究人员的注意，他就是Gerald Pearson。这两位科学家多年来一直就是好朋友。他们在同一所大学学习，Pearson曾经甚至还到过Chapin的郁金香庄园一起度过美好时光。

1953年的3月，当时，Pearson同Calvin Fuller正在从事较为先进的半导体(pioneering semiconductor)研究工作。他们在把硅固体电子器件从实验室的研究阶段推向市场。Fuller是一个化学家，当时就已经发现了如何通过引入杂质就可以把硅从一个不良导体转变成性能及佳的电导体。Fuller向Pearson提供了一块含有极少浓度镓(Ga)的硅片，这样的硅就变成了带有正电特性（即空穴导电的类型）。按照Fuller的建议，Pearson接着又把这块富镓的硅片浸入热的锂(Li)溶液中，这样锂浸润过的区域就产生了含有一定束缚电子的区域，即变成了负电性（其实是形成了pn结）。

实验于是开始了。Pearson将一盏灯的灯光照射到锂-镓的硅片上。然后将安培计（电流计）连接到硅片上进行测试，结果测试到显著的电流。令他吃惊的是，Person在当时已经制备出了性能超过其它任何能够得到的太阳能电池的电池了。

然而，他们的太阳能电池研发遇到了哪些问题？是否一帆风顺？是否有竞争对手？只有下次再说了。