动力的开展与革新推动了人类社会的变迁与进步，尤其是两次工业革新今后，人们越发意识到动力开展的重要。
当今社会开展日新月异，可是以化石动力（如煤炭、石油等）为代表的传统动力因再生周期长、储量和质量逐年下降等问题，越来越难以满足日积月累的动力需求，新动力的开发和使用因此被提上日程。
从植物的光合作用中找灵感：使用太阳能发电
咱们都知道，地球上一切生物所能使用的能量基本上悉数来自于植物的光合作用。
植物的光合作用是指在光照条件下，在植物叶绿体中以二氧化碳和水为原料合成糖的生物进程，由于糖类物质在代谢进程中能够发生能量，太阳能便通过这种方法被储存下来。
可是，这种能量很难为咱们直接使用，一般需求经过转化才干成为咱们遍及使用的电能。物理学原理告诉咱们，能量转化进程必然会带来能量损失。所以，将太阳能直接转化为电能的课题被提上了日程。
那么，太阳能是否能够直接转化为电能？这种转化进程又与哪些因素相关？对19世纪初的科学家们来讲，这可是一个了不得的命题。
庆幸的是，这一难题在19世纪末取得了巨大突破。
具有“最强大脑”的他发现了光与电的奥秘
1887年，著名物理学家赫兹（如今频率的单位便是以他的姓名命名的）在一次研讨中偶然发现：光照射到某些物质表面，会引起物质电性质的改动。之后的研讨证明，这是因为发生电子流导致的，因此这一现象被称为“光电效应”。
要知道，国际的运行原理需求契合物理学原理。在其时，牛顿树立的经典物理学原理统治着人们的思维。该原理认为光是在以太（古希腊哲学家亚里士多德幻想的一种物质，19世纪被物理学家借用代指光传达的介质）这种介质中传递的一种波（能够幻想一下石子投入湖中的场景，湖面荡起一圈圈以水为介质向外传递的波纹），而波的能量与振幅（振动幅度）有关（光波的振幅即为光的强度）。
这件事形似十分契合常理。能够幻想，冬季阳光不强，晒在身上有暖洋洋的感觉；而夏天里，阳光扎眼，假如不注意防护皮肤都有可能被晒伤。因此，在经典物理学下，光电效应能否发生取决于光的强度；可是，这一理论与其时的一系列实验成果相悖离。
研讨表明，同一种物质，有些色彩的光无论光强多少都无法发生光电效应，有些色彩的光即便强度很低也能发生电流，经典物理学随之陷入危机：一场席卷整个科学界的风暴正在酝酿。
风暴中孕育着毁灭，但随之而来的还有新生。科学不会停滞不前，一位位科学巨匠在风暴中心劈波斩浪，经典物理学在相对论物理与量子物理的两层修正下再次扬帆起航。
而解决光电效应难题的，正是咱们所熟知的阿尔伯特·爱因斯坦。
爱因斯坦因树立相对论而广为人知，但咱们可能不知道，这么巨大的科学家险些没有拿到被称为科学界至高荣誉的诺贝尔奖（诺贝尔奖从不颁发给有争议的发现，而对相对论的讨论和争议至今仍未停歇）。
爱因斯坦荣获1921年诺贝尔物理学奖，得益于其对光电效应的创造性解说。他提出，光是由光子组成的，而光子的实质是一个个能量包，每一个能量包所包含的能量与它的频率（单位时间内的变化次数）有关，因此光照射到物体上能否发生电子完全取决于能量包（光子）的能量（频率），与能量包的数量（光强）无关。
太阳能电池就像一块“三明治”
以上咱们介绍了光电效应的发现历程，也知道怎么才干发生光电效应，那么，发生的电子该怎么被咱们所使用呢？
这就牵扯到了另外一个概念——能级跃迁。
原子由原子核和核外电子构成，原子核外的电子并非是散乱排布的，而是遵从物理学原理分层排布的，靠近原子核的电子能量低，越远离原子核的电子能量越高，不同层的电子能量不同，这些能量值也被称为“能级”。
在正常条件下，核外电子总是趋近于以总能量最低的方式进行排布，这样的电子，咱们称它处于“基态”。基态的原子接收到某种方式的能量（如光子）后，便会自发转移到能量更高的能级，这便是能级跃迁，跃迁后的电子便称它处于“激发态”。
可是很不幸，激发态的电子并不稳定，有向低能级跃迁的趋势，电子具有的剩余能量便以光能或许热能的方式发出掉了。
不对，能量就这样发出了，咱们还没有获得电能啊！
别着急，要想将光电效应发生的电流传导出来，咱们需求构筑合适的器材结构，也便是咱们常说的太阳能电池。
器材结构形似三明治，具有光电效应的活性层被电子传输层和空穴（电子跃迁后构成的局部缺电子部分称为空穴）传输层夹在中心，两头为电极材料，一般是金属和氧化铟锡。
因为电子传输层的激发态能级比活性层的略低一些，所以活性层激发态的电子简单传递到电子传输层，而不是回到活性层的基态；而空穴传输层基态比活性层基态电子能量略高，电子有向活性层基态传递的趋势。
这就好像给电子设置了一个个小台阶，让电子只需“抬抬脚”就迈过去了，而不是困难的跳跃（跃迁），因而整个进程很简单实现。
通过电子传输层和空穴传输层的有效配合，整个器材构成了一个完好的回路，活性层发生的电子就能够被导出，进而为咱们所用了。
好啦，经过转化进程，咱们总算从太阳能直接获得了电能，这便是太阳能电池的原理。科学探索的脚步永不停歇，也正因为这些巨大科学家们的研讨与发现，人们的生活才干变得越来越好，让咱们向他们问候！
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