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太陽能如何運作?

A. Paul Alivisatos,勞倫斯伯克利國家實驗室副主任,以及Helios太陽能研究專案的領導者,在此闡明瞭這個問題

當陽光照射到太陽能電池板時,陽光的能量會釋放太陽能電池中的電子,產生電流,我們可以利用這些電流為袖珍計算器、家庭,甚至火星上的科學站供電。


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在傳統的晶體矽電池中,矽晶體中的原子透過共享電子結合在一起。當光被吸收時,這些鍵中的一些電子被激發到更高的能級。然後,這些電子可以比它們被束縛時更自由地在晶體中移動,從而使它們像電流一樣流動。

想象一下,你有一個壁架——牆上的一個架子——你拿起一個球,把它扔到那個壁架上。這類似於將電子提升到更高的能級。一個光子,一個不可分割的光能量包,進入矽晶體,將電子撞到壁架上(更高的能級),它會停留在那裡,直到我們來收集能量並使用電力。

研究人員不斷尋找新的方法,並改進現有的方法,以提高這個過程的效率。晶體矽電池的功率效率在 22% 到 23% 之間,這意味著電池將照射到它們的光能的那麼多轉化為電能。您可能負擔得起安裝在屋頂上的電池效率較低,大約在 15% 到 18% 之間。效能最佳的太陽能電池,例如衛星上使用的電池,效率接近 50%。

這種轉換率是一個重要的衡量標準,但我們太陽能界也關注電池的製造成本及其生產規模。在我看來,矽技術無法理想地擴充套件到大眾市場規模,因為其原材料和製造工藝昂貴。如果研究人員能夠開發出一種擴充套件性更好的技術,即使其能量轉換效率不如晶體矽,我們也可能能夠製造數百萬英畝的這種材料來產生大量能量。許多公司和大學正在嘗試使用各種材料,例如塑膠和奈米粒子,以實現這一目標。

為什麼我的聲音在錄製和播放時聽起來如此不同?

Timothy E. Hullar,聖路易斯華盛頓大學醫學院的耳科醫生和助理教授,回覆道

聲音可以透過兩條不同的路徑到達內耳,而這些路徑反過來又會影響我們的感知。氣導聲音從周圍環境透過外耳道、鼓膜和中耳傳播到耳蝸,即內耳中充滿液體的螺旋形結構。骨導聲音直接透過頭部組織到達耳蝸。

當您說話時,聲能會在您周圍的空氣中傳播,並透過氣導透過您的外耳到達您的耳蝸。聲音也會從您的聲帶和其他結構直接傳播到耳蝸,但您頭部的機械特性會增強其更深、更低頻率的振動。您說話時聽到的聲音是沿兩條路徑傳播的聲音的組合。當您聽自己說話的錄音時,您認為構成您“正常”聲音一部分的骨導通路被消除,您只能聽到不熟悉的孤立的氣導成分。您可以透過戴上耳塞來體驗相反的效果,這樣您就只能聽到骨導振動。

有些人內耳異常,這會增強他們對這種成分的敏感性,以至於他們自己的呼吸聲變得難以承受,他們甚至可能聽到眼球在眼眶中移動的聲音。

有問題嗎?... 傳送至 experts@SciAm.com 或訪問 www.SciAm.com/asktheexperts

大眾科學雜誌 第 300 卷 第 1 期本文最初以“請教專家”為標題發表於大眾科學雜誌 第 300 卷 第 1 期(),第 108 頁
doi:10.1038/scientificamerican0109-108
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