陽光動力2號：太陽光如何發電？

3月31日凌晨1時35分，經過22個小時的飛行之后，正在進行環球飛行的“陽光動力2號”降落在了重慶江北國際機場。

“陽光動力2號”依靠太陽能，實現零燃油、零排放、晝夜不間斷飛行，這是它獲得無數媒體關注的最重要原因。很多人都知道太陽光能發電，但具體是一個怎樣的過程呢？

跟半導體有關

硅真是一個好東西，計算機、IT離不開它，太陽能發電也離不開它。

硅原子的最外層有4個電子，這是不完美的結構，要想發不離8，硅原子的最外層迫切需要8個電子，為此，它們不得不抱團取暖，互相借力，當很多硅原子在一起時，每個硅原子共享相鄰4個硅原子的4個電子，同時也把自身最外層的4個電子共享出去，如此，它們組成了穩定的硅晶體。

硅晶體是不良導體，因為它沒有無所事事的自由電子，現在，我們就來改造它。磷原子（P）的最外層有5個電子，把磷原子摻雜進硅晶體，那么硅晶體就多出了一個自由電子。

硅晶體中無數的硅原子被磷原子取而代之，就多出了很多的自由電子，于是，它就導電了。此時，我們已經做成了一個半導體，它的名字叫“N型半導體”，為了讓你一輩子都能記住N型半導體的由來，你可以把“N”想象成一個百無聊奈的自由電子在走“N”字型閑逛。

以上，是摻雜有5個最外層電子的磷原子，那么，假如摻雜的是最外層只有3個電子的鋁（AI）呢？

硅晶體摻雜諸如鋁、硼這樣的三價原子后，就制成了另一種半導體，叫做“P型半導體”，為了記住它，我們可以把“P”想象成一個需要電子去填充的空穴。

P型半導體也是導電的，這是因為，施加外電場后，P型半導體中的電子會逆電場方向依次填補空穴，同時呢，空穴也就沿電場方向移動，于是，電流產生了。

PN結

說了半天的N型半導體和P型半導體，它倆有啥用？非常有用，如果你把它倆對接在一起的話。

如果一塊半導體晶體的一側是N型半導體，另一側是P型半導體，那么中間相連的接觸面就叫PN結。

PN結是許多電子元件，例如二極管、各種晶體管的物質基礎。而晶體管被認為是現代歷史上最偉大的發明之一，在重要性方面可以與印刷術，汽車和電話等發明相提并論。

現在我們已經知道，在N型半導體中，自由電子的濃度很高，而在P型半導體中，空穴的濃度很高。根據擴散的原理，物質總是從濃度高的地方向濃度低的地方擴散。

所以，在PN結中，會有很多自由電子從N型半導體中擴散到P型半導體中，帶來的結果是，本來N型半導體是電中性的，不帶電，但因為失去一部分電子后，就帶正電了。

而在P型半導體中，因為很多自由電子跑過來，填滿了不少空穴，導致空穴濃度降低了，本來P型半導體也是電中性的，現在多出了很多電子，所以帶上了負電。

PN結中，一側帶上正電，一側帶上負電，就在接觸面形成了一個內部的電場。

陽光是怎么發電的？

說完了PN結，和PN結里面的內電場，現在，我們終于可以進入正題--陽光是怎么變成電流的？

在光電效應中，我們知道，一定頻率以上的光可以從金屬中打出電子。這告訴我們，光的能量是可以作用在電子上。

當太陽光照射到一般的半導體上時，會產生電子與空穴對，即，陽光在半導體中產生一個自由電子時，就會同時產生一個空穴，因為電子在陽光能量的作用下離開本該待的位置，成為自由電子時，那個位置必然缺乏一個電子，空穴就產生了。

不過，在一般的半導體中，陽光產生的自由電子和空穴很快就結合在一起了，自由電子和空穴的生命周期很短。

但是在PN結半導體中，就不同了。

因為PN結中有內電場，當太陽光在PN結中產生電子和空穴對時，電子會在內電場的作用下，向N型半導體中移動，同理，空穴向P型半導體中移動。

此時，如果PN結兩端接通導線，就可以產生電流了。

以上，就是太陽能發電的原理。

陽光動力2號

陽光動力2號沒有使用任何燃料，完全使用太陽能，真正實現了零燃油，零排放，其機翼、機身和水平尾翼上共安裝有17248個厚度僅為135微米的單晶硅太陽能電池板，覆蓋面積高達269.5平方米，每天可以產生340度電。

為實現夜間飛行，陽光動力2號還安裝有蓄電池，白天產生的多余電力儲存在鋰離子聚合物電池中，電池的總重量為633千克。

出于節約電力的考慮，飛機白天將爬升到8500米高空飛行，在那里，飛行員將承受嚴寒，想象珠穆朗瑪峰山頂的溫度，你就能體會，陽光動力2號，不僅是太陽能飛機極限的挑戰，也是飛行員身體素質的挑戰。

環球之旅最艱難的，恐怕應該是跨越海洋帶來的，從一個洲飛到另一個洲，跨越整個大洋，一個駕駛員需要連續飛行5天5夜以上，吃喝拉撒睡，全在一個3.8立方米大小的駕駛艙里進行。

陽光動力2號的下一站是我國的南京，祝愿飛行員安德烈·波許博格和貝特朗·皮卡爾一帆風順。

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