将光子转换为电子
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计算器和人造卫星上使用的太阳能电池都是光伏电池或者模块（模块就是一组
通过电路连接并封装在一个框架内的电池）。光伏电池（
Photovoltaics），顾
名思义（
photo=
光，
voltaic=电），是指将太阳光转换为电能的电池。光伏
电池之前只用在太空中，而现在却越来越普及，且使用方式也越来越普通。它们
甚至可以为您的住宅供电。这些装置是如何工作的呢？
光伏（
PV）电池由半导体材料制成，比如硅就是目前最常用的一种半导体。当
光照射电池时，有一部分光会被
材料吸收。这意味着吸收的光能将传给半
导体。能量会导致电子逸出，使它们可以自由流动。光伏电池中还有一个或多个
电场，可以迫使由光吸收并释放的电子以一定方向流动。电子的流动形成电流，
通过在光伏电池的顶部和底部安放金属触点，我们可以将电流引出来，以供使
用。例如，电流可以为计算器供电。此电流以及电池电压（由内部电场产生）决
定了太阳能电池的功率（或者瓦特数）。
这是发电的基本过程，但是实际情况要复杂得多。让我们来深入研究一个光伏电
池的示例：单晶硅电池。
硅有一些特别的化学特性，尤其是它的晶体结构。硅
含有
14 个电子，排列
在三个不同的核外电子层中。距离原子核最近的头两个电子层完全填满。而最外
层电子则处于半满状态，只有四个电子。硅原子始终会想方设法填满最外面的电
子层（即希望有八个电子）。为此，它会与相邻硅原子的四个电子共享自身的电