北极星传播和分销网络新闻：能源的发展和革命促进了人类社会的变化和进步，尤其是在两种工业革命之后，人们变得越来越意识到能源发展的重要性。

当今的社会正在迅速发展，但是以化石能源（例如煤炭，石油等）代表的传统能量越来越难以满足长期再生周期的能源需求，并且逐年减少了储备和质量。因此，新能源的开发和利用被放在议程上。

从植物中的光合作用中找到灵感：使用太阳能发电

我们都知道，地球上所有生物都可以使用的能量来自植物的光合作用。

植物的光合作用是指在光条件下植物叶绿体中合成糖的生物学过程。由于碳水化合物可以在代谢期间产生能量，因此以这种方式存储太阳能。

但是，这种能量很难直接用于我们，通常需要转换为我们通常使用的电能。物理原理告诉我们，能量转换过程不可避免地导致能量损失。因此，将太阳能直接转换为电力的问题被放在议程上。

那么，太阳能可以直接转化为电力吗？哪些因素与此转换过程有关？对于19世纪初期，这是科学家的惊人主张。

幸运的是，这个难题在19世纪后期取得了巨大的突破。

他用“最强的大脑”发现了光与电的奥秘

1887年，著名的物理学家赫兹（当前的频率单位以他的名字命名）在一项研究中意外发现，该研究在某些物质表面发光，导致物质的电性能变化。后来的研究证明，这是由电子流的产生引起的，因此该现象称为“光电效应”。

您应该知道，世界原则需要遵守物理原理。当时，牛顿建立的古典物理原理统治了人们的思想。 This that is a wave in a such as (a by the , by in the 19th to to the of ) ( the of a into a lake, and the lake a of with as the ), and the of the wave is to the (振幅）（光波的幅度是光的强度）。

这似乎是非常常识的。可以想象，冬天的太阳不强烈，阳光明媚时会感觉温暖。在夏天，阳光令人眼花azz乱，如果您不关注保护皮肤，您可能会被燃烧。因此，在古典物理学中，光电效应是否可以发生取决于光的强度。但是，该理论与当时的一系列实验结果相反。

研究表明，在相同的物质中，无论光有多强，某些颜色的光都无法产生光电效果，即使强度非常低，光线也会产生电流。古典物理处于危机中：整个科学界都在酿造一场风暴。

破坏是在暴风雨中诞生的，但遵循重生。科学不会停滞不前，科学硕士在暴风雨中心削减了海浪。经典物理学在相对性物理和量子物理学的双重校正下再次启航。

解决光电效应问题的人是我们熟悉的阿尔伯特·爱因斯坦。

爱因斯坦（）以建立相对论的理论而闻名，但您可能不知道，如此伟大的科学家几乎没有赢得诺贝尔奖，这是科学界最高荣誉的诺贝尔奖（诺贝尔奖从来没有被授予有争议的发现，并且关于相对论理论的讨论和争议尚未停止）。

爱因斯坦因对光电效应的创造性解释而获得了1921年诺贝尔物理学奖。他建议光由光子组成，光子的本质是能量包。每个能量数据包中包含的能量与其频率有关（单位时间（1s）内的变化数量。

太阳能电池就像“三明治”

在上面，我们引入了光电效应的发现过程，并且也知道如何产生光电效应。那么，我们应该如何使用生成的电子？

这涉及另一个概念 - 能级过渡。

原子由核和核外的电子组成。细胞核外的电子不会以分散的方式排列，而是根据物理原理以层次排列。接近核的电子的能量很低，远离核的电子能量更高。不同层中的电子不同。这些能量值也称为“能级”。

在正常条件下，核外的电子总是以最低的总能量的形式排列，我们将这种电子称为“基态”。接收到某种形式的能量（例如光子）后，基态的原子将自发转移到较高的能级，即能级过渡，而过渡后的电子将其称为“激发态”。

不幸的是，激发态的电子不稳定，并且倾向于过渡到低能水平。电子的过量能量以光或热能的形式排放。

不，能量只是发出的，但是我们仍然没有电吗？

不用担心，为了进行光电效果产生的电流，我们需要构建合适的设备结构，这是我们通常称为太阳能电池的。

设备结构就像三明治。具有光电效应的活性层夹在电子传输层和孔之间（在电子过渡后形成的局部电子缺陷部分称为孔）。这两端是电极材料，通常是金属和二锡氧化物（ITO）。

接收到某种形式的能量（例如光子）后，基态的原子将自发转移到较高的能级，即能级过渡，而过渡后的电子将其称为“激发态”。由于电子传输层激发态的能级略低于活性层的激发态的电子，因此很容易转移到电子传输层，而不是回到活性层的基态；虽然孔传输层的基态略高于活性层的基态，而电子倾向于转移到活动层的基态。

这就像为电子设置小步骤，使电子仅通过“抬起脚”而不是艰难的跳跃（leap）来跨越，因此整个过程很容易实现。

通过电子传输层和孔传输层的有效合作，整个设备形成一个完整的环，我们可以导出和使用由活动层产生的电子。

好的，在转换过程之后，我们最终直接从太阳能中获得电力，这是太阳能电池的原理。科学探索的步伐永远不会停止，正是由于这些伟大科学家的伟大研究和发现，人们的生活会变得越来越好。让我们向他们致敬！