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超高效率太陽電池


光電(photoelectric)效應是在 1887 年由 HeinrichHertz 實驗發現的。而在 1905 年,愛因斯坦使用光子(photon)的概念,在理論上予以成功的解釋。光電效應一般而言是描述光子射到金屬表面,金屬內的電子吸收足夠的光子能量,離開金屬,成為真空中的自由電子。在實驗設置上的,通常是用二個金屬和一個電壓電源連接起來,照光的金屬當陰極放射器(cathodeemitter) ,不照光的金屬當陽極接收器 (anodecollector),外加電壓讓照光後逃離金屬的束縛的電子從陰極跑到陽極,形成光電流 (photocurrent)。光電效應最直接的應用就是用來偵測光的光倍增器(photomultiplier)。我們知道,金屬的電子能帶結構和半導體或絕緣體不一樣,因為電子可以自由運動的導帶和電子參與鍵結的價帶是重疊的,也就是說,金屬內參與鍵結的電子是可以自由運動的導電電子。而金屬內的電子能帶結構有二個重要的物理參數,費米能 (Fermi energy)和真空能階 (vacuum level),真空能階和費米能的能量差就是所謂的功函數 (work function) 能量。簡單的說,在溫度 0K 時,費米能是指金屬內的電子佔據的最高能階。也就是說,在溫度 0K 時,費米能以下,填滿電子,費米能以上,沒有電子。功函數則是金屬內的正電背景離子對電子的淨束縛能,若電子脫離金屬的束縛而躍升至真空能階,自然是變成真空中的自由電子。通常有二種方式可以讓電子獲得額外的能量,脫離金屬的束縛,而躍升至真空能階。一是加熱,電子吸收聲子的能量,產生熱離子放射

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