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美國(guó)太空科幻大片《火星救援》終于登陸中國(guó)，總體上說(shuō)，相對(duì)于那些充斥著奇形怪狀的外星人和開著飛碟的納粹分子的科幻電影，和NASA合作后拍出的科幻片顯然更加科學(xué)合理，雖然局部存在一些不太科學(xué)的地方（《馬特·達(dá)蒙真的需要被第三次拯救嗎？看《火星救援》中的科學(xué)與不科學(xué)》），但作為一部描寫宇航員在火星的電影而言無(wú)傷大雅。

在太空中生存除了水、氧氣、食物外，還有一個(gè)很重要的因素就是能源。

除了生存需要，不管是太空探測(cè)漫游還是空間站，孤身一人漂流在火星上的馬特想要與地球建立聯(lián)系，首先要解決的也是電力問(wèn)題：馬特要開著火星漫游車穿越3200公里到達(dá)指定的火星上另一個(gè)救援地。而當(dāng)時(shí)，要跨越3200公里，沒有任何現(xiàn)成的能源補(bǔ)給站（那個(gè)幾近蠻荒的火星上沒有加油站、充電站），電力來(lái)源如何解決？目前都有哪些蓄電、技術(shù)？


回顧影片，馬特就是依靠通過(guò)太陽(yáng)能和核電池的電能在火星上掙扎求生，本文就來(lái)說(shuō)說(shuō)光伏發(fā)電和核電池。
　　
光伏發(fā)電的原理和關(guān)鍵技術(shù)

太陽(yáng)能光伏發(fā)電利用了太陽(yáng)能電池的光生伏打效應(yīng)，是一種直接將太陽(yáng)輻射（直接輻射、散射輻射、反射輻射等）能轉(zhuǎn)化成為電能的發(fā)電形式。

早在1839年，法國(guó)科學(xué)家貝克勒爾就發(fā)現(xiàn)光照能使半導(dǎo)體材料的不同部位之間產(chǎn)生電位差。這種現(xiàn)象后來(lái)被稱為“光生伏打效應(yīng)”，簡(jiǎn)稱“光伏效應(yīng)”。然而，第一個(gè)實(shí)用單晶硅光伏電池直到1954年才在美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成功，從此誕生了太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的實(shí)用光伏發(fā)電技術(shù)。
　　
光伏發(fā)電原理

光線中攜帶能量的粒子便是光子，光能的大小取決于光線的頻率，頻率越高，光子能量越大，也就是光能越大。光子的靜止質(zhì)量為零，不帶電荷，其能量值E為普朗克常量h與v頻率的乘積；光子在真空中以光速c運(yùn)行，在大氣中的運(yùn)行速率接近光速。

光伏發(fā)電的主要原理是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)。

硅原子有4個(gè)外層電子，若在純硅中摻入有5個(gè)外層電子的原子如磷原子，就成為N型半導(dǎo)體；若在純硅中摻入有3個(gè)外層電子的原子如硼原子，形成P型半導(dǎo)體，兩者結(jié)合到一起成為PN結(jié)。

半導(dǎo)體材料組成的PN結(jié)兩側(cè)因多數(shù)載流子（N區(qū)中的電子和P區(qū)中的空穴）向?qū)Ψ降臄U(kuò)散而形成寬度很窄的空間電荷區(qū)w，建立自建電場(chǎng)Ei。它對(duì)兩邊多數(shù)載流子是勢(shì)壘，阻擋其繼續(xù)向?qū)Ψ綌U(kuò)散，但它對(duì)兩邊的少數(shù)載流子（N區(qū)中的空穴和P區(qū)中的電子）卻有牽引作用，能把它們迅速拉到對(duì)方區(qū)域。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，W區(qū)就是一個(gè)調(diào)節(jié)電勢(shì)平衡、合理分配（靠牽引作用）載流子的區(qū)域。

穩(wěn)定平衡時(shí)，少數(shù)載流子極少，難以構(gòu)成電流和輸出電能。但是，當(dāng)太陽(yáng)光照射到PN結(jié)時(shí)，以光子的形式與組成PN結(jié)的原子價(jià)電子碰撞，產(chǎn)生大量處于非平衡狀態(tài)的電子-空穴對(duì)，其中的光生非平衡少數(shù)載流子在內(nèi)建電場(chǎng)Ei的作用下，將P區(qū)中的非平衡電子驅(qū)向N區(qū)，N區(qū)中的非平衡空穴驅(qū)向P區(qū)，從而使得N區(qū)有過(guò)剩的電子，P區(qū)有過(guò)剩的空穴。

這樣在PN結(jié)附近就形成與內(nèi)建電場(chǎng)方向相反的光生電場(chǎng)Eph。光生電場(chǎng)除一部分抵消內(nèi)建電場(chǎng)外，還使P型層帶正電，N型層帶負(fù)電，在N區(qū)和P區(qū)之間的薄層產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)接通外部電路時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電流，輸出電能。