Question

【題目】請(qǐng)閱讀《太陽(yáng)能電池》回答問題。

太陽(yáng)能電池

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

當(dāng)太陽(yáng)光照射在器件上時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)的原子由于獲得了光能而釋放了電子，這些電子在內(nèi)電場(chǎng)作用下移向器件的一端（所謂電場(chǎng)就是電荷所產(chǎn)生的一種客觀存在的看不見摸不著的特殊物質(zhì)，同我們學(xué)過的特殊物質(zhì)“磁場(chǎng)”類似），使這一端呈現(xiàn)負(fù)極性。在器件的另一端，由于缺少電子，呈現(xiàn)出正極性。這樣就在器件內(nèi)形成一個(gè)與內(nèi)電場(chǎng)方向相反的電場(chǎng)即光生電場(chǎng)，也就是說在P區(qū)和N區(qū)之間產(chǎn)生了光生電動(dòng)勢(shì)（相當(dāng)于我們學(xué)過的電源電壓）。如果把器件的這兩端用導(dǎo)線連接起來，導(dǎo)線中便有電流產(chǎn)生。這就是太陽(yáng)能電池的基本原理。

現(xiàn)在制成的太陽(yáng)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(fā)展得最為成熟。光-電轉(zhuǎn)化效率是太陽(yáng)能電池的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)，所謂光-電轉(zhuǎn)化效率簡(jiǎn)單的理解就是指太陽(yáng)能電池將照射到它表面的光能轉(zhuǎn)化成電能的效率，可以用太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的電能除以太陽(yáng)能電池接收到的太陽(yáng)能計(jì)算，目前大量生產(chǎn)的硅電池，其光-電轉(zhuǎn)化效率一般為9%-15%.

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

請(qǐng)根據(jù)上述材料，回答下列問題：

（1）太陽(yáng)能電池工作時(shí)將___________能轉(zhuǎn)化為電能。

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

（3）若北京地區(qū)地面的陽(yáng)光強(qiáng)度A=1000W/m2即每平方米1秒鐘接收到的太陽(yáng)能為1000J，請(qǐng)計(jì)算至少要多大受光面積的硅電池才能讓60W的LED燈正常發(fā)光______（寫出必要的計(jì)算過程）

Answer 1

【答案】太陽(yáng) （光） 電場(chǎng)對(duì)放入其中的電荷有力的作用 0.4m2

【解析】

（1）太陽(yáng)能電池是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置；

（2）磁場(chǎng)對(duì)放入其中的磁體有力的作用，磁場(chǎng)雖然看不見，但真實(shí)存在；類似有：電場(chǎng)對(duì)放入其中的電荷有力的作用；

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

（1）太陽(yáng)能電池工作時(shí)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能；

（2）類似磁場(chǎng)的性質(zhì)，根據(jù)題意可猜想電場(chǎng)的性質(zhì)：電場(chǎng)對(duì)放入其中的電荷有力的作用；

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

硅電池接收到的太陽(yáng)能E=ASt，

由效率公式得：

，

代入數(shù)據(jù)解得：

。