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美國太空科幻大片《火星救援》終于登陸中國，總體上說，相對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傷大雅。

在太空中生存除了水、氧氣、食物外，還有一個很重要的因素就是能源。

除了生存需要，不管是太空探測漫游還是空間站，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救援地。而當(dāng)時，要跨越3200公里，沒有任何現(xiàn)成的能源補(bǔ)給站（那個幾近蠻荒的火星上沒有加油站、充電站），電力來源如何解決？目前都有哪些蓄電、技術(shù)？


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

太陽能光伏發(fā)電利用了太陽能電池的光生伏打效應(yīng)，是一種直接將太陽輻射（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)象后來被稱為“光生伏打效應(yīng)”，簡稱“光伏效應(yīng)”。然而，第一個實(shí)用單晶硅光伏電池直到1954年才在美國貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成功，從此誕生了太陽能轉(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個外層電子，若在純硅中摻入有5個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Ei。它對兩邊多數(shù)載流子是勢壘，阻擋其繼續(xù)向?qū)Ψ綌U(kuò)散，但它對兩邊的少數(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方區(qū)域。

簡單來說，W區(qū)就是一個調(diào)節(jié)電勢平衡、合理分配（靠牽引作用）載流子的區(qū)域。

穩(wěn)定平衡時，少數(shù)載流子極少，難以構(gòu)成電流和輸出電能。但是，當(dāng)太陽光照射到PN結(jié)時，以光子的形式與組成PN結(jié)的原子價電子碰撞，產(chǎn)生大量處于非平衡狀態(tài)的電子-空穴對，其中的光生非平衡少數(shù)載流子在內(nèi)建電場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)有過剩的電子，P區(qū)有過剩的空穴。

這樣在PN結(jié)附近就形成與內(nèi)建電場方向相反的光生電場Eph。光生電場除一部分抵消內(nèi)建電場外，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)生光生電動勢。當(dāng)接通外部電路時，就會產(chǎn)生電流，輸出電能。