前沿科技视点丛书·太阳电池

“十四五”规划将科技创新工作摆在了各项重大任务的首位，强调要坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位，把科技自立自强作为国家发展的战略支撑。这充分体现出以习近平同志为核心的党中央对科技和经济社会发展规律的深刻理解，是对我国所处发展阶段和世情国情的准确把握。本丛书瞄准人工智能、生命健康、空天科技、纳米材料、现代通信、激光科技、新能源等具有前瞻性、战略性的国家重大科技发展领域，聚合中国科普作家协会科普教育专业委员会和安徽省科普作家协会等一线科学家或工程师，为读者通俗易懂地讲述科技前沿基本理论、发展概貌及应用情况，展现我国重大科技成就，记载我国科学家在科学探索道路上的筚路蓝缕，让读者打开对未来科技世界的无限想象空间，领略先辈们开拓创新的科研精神。

本书全面呈现了太阳的诞生历程、太阳能的产生、太阳能与其他能源的关系以及人类对太阳能的利用；系统介绍了太阳电池的种类、工作原理、发展历程以及发展前景；全面分析了光伏发电的优势和短板，介绍光伏发电的历史、现状，以及在实际生活中的应用；展望了太阳电池未来的发展方向和应用前景，激发读者兴趣，促使全面了解太阳电池，更好地利用太阳能。“前沿科技视点丛书”是面向青少年的一套科普阅读丛书，由中国科普作家协会科普教育专业委员会和安徽省科普作家协会组织，众多一线科学家或工程师共同编写。该丛书共9册，聚焦量子科技、激光科技、细胞智慧、人工智能、探月工程、深海探测、通信科技、纳米科技、太阳电池等国家前沿科技领域，以浅显的语言介绍前沿科技的近期新发展，让中学生对科技前沿的基本理论、发展概貌及应用情况有一个大致了解，以强化学生参与“强基计划”的原动力，为我国后备人才的选拔、培养夯实基础。本丛书力求小切入、大格局，兼顾基础性、科学性、学科性、趣味性和应用性，系统阐释基本理论及其应用前景，选取重要的知识点，不拘泥于知识本体，尽可能植入有趣的人物和事件情节等，以揭示其中蕴藏的科学方法、科学思想和科学精神，并展现我国在各前沿领域所取得的伟大成就，重在引导青少年了解、熟悉学科或领域的基本情况，培养青少年的科学精神、爱国情怀和激发青少年投身科学事业的热情等。

汤书昆，中国科技大学科学传播发展与研究中心主任，二级教授，博士生导师。中国科普作家协会副理事长兼科普教育专业委员会主任委员，安徽省科普作家协会法人代表。 戴松元 华北电力大学可再生能源学院院长、二级教授。2017年12月，入选第三批国家“万人计划”创新领军人才。曾任国家重点基础研究规划项目（973项目）首席科学家（2006—2010年）； 国家重点基础研究规划项目（973项目）首席科学家（2011—2015年）；中国科学院新型薄膜太阳电池重点实验室主任； 中国科学院等离子体物理研究所太阳能材料与工程研究室主任；中国科学院等离子体物理研究所所长助理（2009—2013）等职务。 胡林华，研究员，博士生导师，中国科学院合肥物质科学研究院应用技术研究所所长助理，新能源材料技术与工程研究中心主任。 丁勇，华北电力大学可再生能源学院教师。

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     太阳的诞生 大约46亿年前，在宇宙中的一个小角落里，一个星云中的氢分子由于引力不平衡而逐渐聚集。星云开始坍缩。聚集中心的温度、压力随着坍缩时质量增加而开始不断上升。当温度达到约108℃时。中心的氢原子被“点燃”——核聚变反应开始发生，聚变的张力抵抗着引力的收缩，使这个坍缩体保持平衡。于是一个小小的恒星——太阳，就宣告诞生了。 太阳这样的出生、成长过程与其他宇宙中大多数恒星的生命历程并无区别，但是在随后的1亿年里，原来太阳星云中的物质不断聚集，变成了太阳系中的卫星、小行星、行星、彗星等星际物质，于是渐渐形成了太阳系。正是这个星系中心的存在，我们生活的星球上才会出现宇宙中独一无二(至少现在看是这样)的物质形态——生命。所以，这个在宇宙中并不特别的恒星，才会对我们无比重要。由于上述一系列的形成过程，因此太阳获得了约100亿年的寿命，按照天文星体的寿命演算方式，目前46亿岁的太阳正值壮年，地球对太阳能的利用还能持续约40亿年的时间。对我们人类而言，太阳的寿命可以说是“永恒”的。 宇宙中万事万物的运转都需要一种特殊物质——能量。细菌或病毒寄生、繁殖：植物开花结果：动物跑动、跳跃：天空中云卷云舒、风雨变幻，甚至四季交替，沧海桑田：包括我们健身运动、读书看报等，这一切行为都需要能量。换句话说，今天我们看到的绝大多数现象。都可以用能量的变化来解释，而未来创造的一切，也都需要利用能量。利用能量实质上是一个消耗能量过程——将可以简单利用的能量(如食物中的化学能、风的动能等)转变为难以利用甚至是不能使用的能量(如空气中的热能、岩石中的内能等)。我们把自然界中可以直接或通过转换后，可为人类提供有用能量(如热能、电能、光能、机械能等)的物质资源称为能源。 地球上的能源多种多样，从远古钻木取火所使用的木材。到古代水轮车用的水流，再到近代被人们开始广泛使用的煤炭、石油、天然气，还是现今我们生活中随处可见的“电”，就连我们每天吃的食物也是一种能源——提供了我们活动的能量。这一切都是地球给予我们的能源。可是地球上的能源从哪儿来呢?事实上。地球上绝大部分的能源来自太阳。 太阳能的来源——核聚变 太阳的能量来源于它内部的核聚变反应。根据有名物理学家爱因斯坦提出的广义相对论和质能方程，我们知道物质是可以转化成能量的，而且即使是质量较小的物质，当它们接近转变成能量时，其值也是巨大的。例如，一块橡皮约6g，如果这橡皮的质量全部转化为能量，大约可以提供1.5×108度的电能，以平常人家一个月400度用电计算，这一块橡皮所转换的能量可以供应3万户家庭一年的用电。当然，以目前的科技水平，我们还不能简单直接地将质量转变成能量，我们所知的能这样产生能量的方法有核聚变和核裂变两种，而太阳恰恰就是利用了核聚变来产生巨大能量的。P2-5