阳光动力2号：太阳光如何发电？
3月31日凌晨1时35分，经过22个小时的飞行之后，正在进行环球飞行的“阳光动力2号”降落在了重庆江北国际机场。
“阳光动力2号”依靠太阳能，实现零燃油、零排放、昼夜不间断飞行，这是它获得无数媒体关注的最重要原因。很多人都知道太阳光能发电，但具体是一个怎样的过程呢？
跟半导体有关
硅真是一个好东西，计算机、IT离不开它，太阳能发电也离不开它。
硅原子的最外层有4个电子，这是不完美的结构，要想发不离8，硅原子的最外层迫切需要8个电子，为此，它们不得不抱团取暖，互相借力，当很多硅原子在一起时，每个硅原子共享相邻4个硅原子的4个电子，同时也把自身最外层的4个电子共享出去，如此，它们组成了稳定的硅晶体。
硅晶体是不良导体，因为它没有无所事事的自由电子，现在，我们就来改造它。磷原子（P）的最外层有5个电子，把磷原子掺杂进硅晶体，那么硅晶体就多出了一个自由电子。
硅晶体中无数的硅原子被磷原子取而代之，就多出了很多的自由电子，于是，它就导电了。此时，我们已经做成了一个半导体，它的名字叫“N型半导体”，为了让你一辈子都能记住N型半导体的由来，你可以把“N”想象成一个百无聊奈的自由电子在走“N”字型闲逛。
以上，是掺杂有5个最外层电子的磷原子，那么，假如掺杂的是最外层只有3个电子的铝（AI）呢？
硅晶体掺杂诸如铝、硼这样的三价原子后，就制成了另一种半导体，叫做“P型半导体”，为了记住它，我们可以把“P”想象成一个需要电子去填充的空穴。
P型半导体也是导电的，这是因为，施加外电场后，P型半导体中的电子会逆电场方向依次填补空穴，同时呢，空穴也就沿电场方向移动，于是，电流产生了。
PN结
说了半天的N型半导体和P型半导体，它俩有啥用？非常有用，如果你把它俩对接在一起的话。
如果一块半导体晶体的一侧是N型半导体，另一侧是P型半导体，那么中间相连的接触面就叫PN结。
PN结是许多电子元件，例如二极管、各种晶体管的物质基础。而晶体管被认为是现代历史上最伟大的发明之一，在重要性方面可以与印刷术，汽车和电话等发明相提并论。
现在我们已经知道，在N型半导体中，自由电子的浓度很高，而在P型半导体中，空穴的浓度很高。根据扩散的原理，物质总是从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。
所以，在PN结中，会有很多自由电子从N型半导体中扩散到P型半导体中，带来的结果是，本来N型半导体是电中性的，不带电，但因为失去一部分电子后，就带正电了。
而在P型半导体中，因为很多自由电子跑过来，填满了不少空穴，导致空穴浓度降低了，本来P型半导体也是电中性的，现在多出了很多电子，所以带上了负电。
PN结中，一侧带上正电，一侧带上负电，就在接触面形成了一个内部的电场。
阳光是怎么发电的？
说完了PN结，和PN结里面的内电场，现在，我们终于可以进入正题--阳光是怎么变成电流的？
在光电效应中，我们知道，一定频率以上的光可以从金属中打出电子。这告诉我们，光的能量是可以作用在电子上。
当太阳光照射到一般的半导体上时，会产生电子与空穴对，即，阳光在半导体中产生一个自由电子时，就会同时产生一个空穴，因为电子在阳光能量的作用下离开本该待的位置，成为自由电子时，那个位置必然缺乏一个电子，空穴就产生了。
不过，在一般的半导体中，阳光产生的自由电子和空穴很快就结合在一起了，自由电子和空穴的生命周期很短。
但是在PN结半导体中，就不同了。
因为PN结中有内电场，当太阳光在PN结中产生电子和空穴对时，电子会在内电场的作用下，向N型半导体中移动，同理，空穴向P型半导体中移动。
此时，如果PN结两端接通导线，就可以产生电流了。
以上，就是太阳能发电的原理。
阳光动力2号
阳光动力2号没有使用任何燃料，完全使用太阳能，真正实现了零燃油，零排放，其机翼、机身和水平尾翼上共安装有17248个厚度仅为135微米的单晶硅太阳能电池板，覆盖面积高达269.5平方米，每天可以产生340度电。
为实现夜间飞行，阳光动力2号还安装有蓄电池，白天产生的多余电力储存在锂离子聚合物电池中，电池的总重量为633千克。
出于节约电力的考虑，飞机白天将爬升到8500米高空飞行，在那里，飞行员将承受严寒，想象珠穆朗玛峰山顶的温度，你就能体会，阳光动力2号，不仅是太阳能飞机极限的挑战，也是飞行员身体素质的挑战。
环球之旅最艰难的，恐怕应该是跨越海洋带来的，从一个洲飞到另一个洲，跨越整个大洋，一个驾驶员需要连续飞行5天5夜以上，吃喝拉撒睡，全在一个3.8立方米大小的驾驶舱里进行。
阳光动力2号的下一站是我国的南京，祝愿飞行员安德烈·波许博格和贝特朗·皮卡尔一帆风顺。
- 发表于 2015-04-03 00:00
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