生活科學－能量轉換－太陽能小夜燈

原文發表於Yahoo奇摩部落格2012年05月20日。

最近手邊的太陽能電子計算機壞了，所以把裡面拆開來看，想要把裡面的太陽能板留下來。不過拆到一半，不小心讓它的半導體薄膜和玻璃分家了，所以等於是毀了一塊便宜的太陽能發電板。

看到毀了的發電板，就想到之前曾經到位於台南科學園區裡的茂矽參觀，還獲贈一頂太陽能風扇帽，就不得不提到位於園區內的路燈也是利用相同的機制來運作著，只要有光就能發電，所以連家用熱水器使用太陽能發電的普及率也越來越高。

為了敦親睦鄰，園區內的科技公司都要提供一些材料來綴飾環境

所以除了高一點的路燈以外，還有這種人行道旁的夜燈

半導體如果是純度很高的結晶，像是矽、硒、鍺等元素或是硫化鎘、砷化鎵等化合物，那麼電流幾乎沒有辦法在晶體裡面流動，不過只要加入一些其他物質，電的流動就會順暢許多，其中最具代表性的就是矽。

矽的原子序是14，根據價殼層理論，最外層的軌道上有四個價電子可以跟其他原子共用。矽原子彼此之間是以共用電子的型態結合在一起，形成了穩定的共價鍵，也因此沒有多餘的電子可以形成電流。

這麼大的板子上共分成20個區塊，這在市面上可是高單價的東西

底下接了一組電燈和電容，可以在夜間將儲存的能量釋放出來

不過若加入擁有5個價電子的磷（原子序15），這時矽原子與磷原子共用的電子對共有四組，等於是多了一個電子出來，而且是一個可以自由移動的電子。當電壓加諸於上，多餘的電子就會因為電動勢的驅動而形成電子流，像這種會釋出電子的半導體組合稱為N型半導體。

反過來說，若矽元素加入擁有3個價電子的硼（原子序5），這時矽原子與硼原子共用的電子對只有三組，等於是少了一個電子可以結合而形成電洞。當加上電壓時，電洞附近的電子對會斷掉，其中一個電子會朝電洞靠近，斷掉的鍵結處則會形成一個新的電洞，然後一直重複不斷地形成新的電洞，就好像電洞一直往負極移動一樣。像這種會形成電洞的半導體組合稱為P型半導體。

晚上的情況就像這樣，提供用路人和駕駛人辨別道路方向

為什麼我會拍到這種照片呢？因為要看學生晚自習到晚上九點啊～

太陽能電池就是利用N型和P型半導體結合的方式所製成的。當光照到結合面後，電子和電洞會從PN結合面當中的矽分離出來，電子會朝向N型半導體移動，而電洞會朝向P型半導體前進，各自向不同方向移動而在兩端形成正負極，再使用導線將正負極結合，電流便會在導線中流動而形成光能轉換成電能的現象。

這樣的能量轉換模式對夜間的園區道路而言是還不錯，至少詩情畫意些

但是冷光目前還是很難取代路燈的照明

目前的太陽能電池的限制仍在轉換效率的問題，這是極待突破的關卡，不然可以利用的能源還是有限的，加上面板面積與日光照射角度的限制，都是太陽能目前只能作為輔助能源的主因，這也是能源教育中一定要提到的議題，不能只是玩一玩太陽能玩具而已。