太陽能

地球截獲很多太陽能： 173000 兆瓦 （\(1兆瓦=10^{12}\)瓦）， 比地球全人類的用電量多一萬倍。 是否可能有一天 全世界會完全依賴太陽能呢？ 要回答這問題，我們需要先來研究太陽能板。

如何將太陽能轉為電能？

太陽能板是由許多 所謂「太陽能電池」小單位所組成， 最常用的太陽能電池是用「矽」所做成， 它是一種半導體， 是地球第二豐富的元素(僅次於氧元素)。 太陽能電池裡面 結晶矽被夾在兩個導電層中間， 每個矽原子以四個強鍵與周圍原子連接固定住電子，因而沒有電流流動。關鍵就在這裡： 矽基太陽能電池採用兩層不同的矽， n 型矽層有多餘的電子， p 型矽層有多餘的空位可接納電子，稱為「電洞」。 在不同兩層矽的會合處，電子可流過，稱為「p/n 接面」。 p/n 接面導致一邊形成正電荷而另一邊則形成負電荷，

光能轉成電能

而光可被想成是極小粒子的流動，這個粒子稱為「光子」。 從太陽發射出來當其中一個具有足夠能量的光子，撞擊到太陽能電池，它可從p/n接面中撞出一個電子， 而留下一個電洞。帶負電的電子及帶正電的電洞位置，現在可以四處自由移動了。但由於在 p/n 接面的電場，使得它們只能走單一方向：電子被吸往n-型區，而電洞則往p-型區移動。可移動的電子被收集到電池頂層的一個薄金屬橋廊 ，由此，再流經一個外電路，提供做功所需的電。如：提供燈泡電力 再經電池底層的導電鋁片， 回到 p-型區，每個矽基電池只能製造 0.5 伏特的電壓，但你可將它們串成模組（太陽能板）， 得到更高電壓， 12 個光伏特的電池（太陽能電池） 就可讓一支手機充電。

大規模太陽能發電

需要許多太陽能板，才足夠供電給一整棟房屋。電子是太陽能電池唯一可活動的部份，它們都會回到原來的出發點，不會被耗損掉或被用完，因此太陽能電池可持續使用數十年。那麼是什麼原因使我們不能完全依賴太陽能發電呢？有許多是政治因素的影響， 更別提商業界遊說大眾維持現狀。不過現在，讓我們專注在物理及邏輯的挑戰，這其中最明顯的就是太陽能並非平均地遍佈全球，有些地區比其他地區陽光充足，但它也常反覆多變。陰天或晚上時，可用的太陽能就較少，所以要完全依賴太陽能需要有效的方法，將電從陽光充足區送到多雲區，以及將電力有效的儲存。電池本身的效率也是一項挑戰 如果陽光是被反射出去 而不是被吸收進來 或被撞出的電子在流入電路前 就落回電洞 那麼光能也就流失了 現在最有效率的太陽能電池 也僅能將可用日光的 46% 轉為電 多數商用裝置現在的效率是 15-20% 僅管有這些限制 其實是有可能 以現在太陽能的技術 供電給全球 我們需要經費來建立基本設施 還需要許多空間 估計約要數萬到數十萬平方英里 聽起來好像很多 但光撒哈拉沙漠的面積 就已超過三百萬平方英里了 同時，太陽能電池愈來愈好，也愈價宜 足以和需要高壓輸電網的電力競爭 許多創新 ─例如漂浮式太陽能場─ 能使景象完全改變 先別想這是否可行 事實上超過十億的人 沒有穩定的電力網可使用 尤其是開發中國家 而它們許多是陽光充足的 所以在這些地區 太陽能要比其他可用的方式 便宜和安全許多（例如煤油） 可是，就例如芬蘭或西雅圖 有效的太陽能可能 還是一段遙遠的距離