Question

【題目】請閱讀《太陽能電池》回答問題。

太陽能電池

太陽能電池是利用光電效應制成的一種發電器件，普通的太陽能電池，大多是由兩種不同導電類型（電子型和空穴型）的半導體構成的，如圖所示。所謂電子型半導體是以電子導電為主的半導體，也叫N型半導體。所謂空穴型半導體是以空穴導電為主的半導體，也叫P型半導體。當P型半導體和N型半導體接觸時，便在交界面處即P-N結附近建立了內電場。

當太陽光照射在器件上時，半導體內的原子由于獲得了光能而釋放了電子，這些電子在內電場作用下移向器件的一端（所謂電場就是電荷所產生的一種客觀存在的看不見摸不著的特殊物質，同我們學過的特殊物質“磁場”類似），使這一端呈現負極性。在器件的另一端，由于缺少電子，呈現出正極性。這樣就在器件內形成一個與內電場方向相反的電場即光生電場，也就是說在P區和N區之間產生了光生電動勢（相當于我們學過的電源電壓）。如果把器件的這兩端用導線連接起來，導線中便有電流產生。這就是太陽能電池的基本原理。

現在制成的太陽能電池有硅電池、砷化鎵電池、硫化鎘電池等多種，而以硅電池發展得最為成熟。光-電轉化效率是太陽能電池的一個關鍵參數指標，所謂光-電轉化效率簡單的理解就是指太陽能電池將照射到它表面的光能轉化成電能的效率，可以用太陽能電池產生的電能除以太陽能電池接收到的太陽能計算，目前大量生產的硅電池，其光-電轉化效率一般為9%-15%.

太陽能電池對開發利用太陽能意義重大，在許多高技術領域它是一種清潔的方便的能源裝置。盡管目前太陽能電池的制造工藝還很復雜，成本很高，光-電轉化效率也普遍偏低等因素影響了它的推廣應用，但是隨著技術的提高太陽能電池正越來越走近我們的日常生活。

請根據上述材料，回答下列問題：

（1）太陽能電池工作時將___________能轉化為電能。

（2）該文中劃線部分文本提到了“電場”這一概念，請類比我們學過的磁場基本性質：“磁場對放入其中的磁體有力的作用”，猜想并提出一條電場的性質______。

（3）若北京地區地面的陽光強度A=1000W/m2即每平方米1秒鐘接收到的太陽能為1000J，請計算至少要多大受光面積的硅電池才能讓60W的LED燈正常發光______（寫出必要的計算過程）

Answer 1

【答案】太陽 （光） 電場對放入其中的電荷有力的作用 0.4m2

【解析】

（1）太陽能電池是將太陽能轉化為電能的裝置；

（2）磁場對放入其中的磁體有力的作用，磁場雖然看不見，但真實存在；類似有：電場對放入其中的電荷有力的作用；

（3）由題知，硅電池的光-電轉化效率一般為9%-15%，假設光-電轉化效率η=15%，硅電池面積為S，在時間t內，P=60W的LED燈消耗的電能W=Pt，硅電池接收到的太陽能E=ASt，利用效率公式求硅電池的受光面積。

（1）太陽能電池工作時將太陽能轉化為電能；

（2）類似磁場的性質，根據題意可猜想電場的性質：電場對放入其中的電荷有力的作用；

（3）由題知，硅電池的光-電轉化效率一般為9%-15%，即最高轉化效率η=15%，硅電池面積為S，在時間t內， 60W的LED燈消耗的電能W=Pt，

硅電池接收到的太陽能E=ASt，

由效率公式得：

，

代入數據解得：

。