Question

【题目】请阅读《太阳能电池》回答问题。

太阳能电池

太阳能电池是利用光电效应制成的一种发电器件，普通的太阳能电池，大多是由两种不同导电类型（电子型和空穴型）的半导体构成的，如图所示。所谓电子型半导体是以电子导电为主的半导体，也叫N型半导体。所谓空穴型半导体是以空穴导电为主的半导体，也叫P型半导体。当P型半导体和N型半导体接触时，便在交界面处即P-N结附近建立了内电场。

当太阳光照射在器件上时，半导体内的原子由于获得了光能而释放了电子，这些电子在内电场作用下移向器件的一端（所谓电场就是电荷所产生的一种客观存在的看不见摸不着的特殊物质，同我们学过的特殊物质“磁场”类似），使这一端呈现负极性。在器件的另一端，由于缺少电子，呈现出正极性。这样就在器件内形成一个与内电场方向相反的电场即光生电场，也就是说在P区和N区之间产生了光生电动势（相当于我们学过的电源电压）。如果把器件的这两端用导线连接起来，导线中便有电流产生。这就是太阳能电池的基本原理。

现在制成的太阳能电池有硅电池、砷化镓电池、硫化镉电池等多种，而以硅电池发展得最为成熟。光-电转化效率是太阳能电池的一个关键参数指标，所谓光-电转化效率简单的理解就是指太阳能电池将照射到它表面的光能转化成电能的效率，可以用太阳能电池产生的电能除以太阳能电池接收到的太阳能计算，目前大量生产的硅电池，其光-电转化效率一般为9%-15%.

太阳能电池对开发利用太阳能意义重大，在许多高技术领域它是一种清洁的方便的能源装置。尽管目前太阳能电池的制造工艺还很复杂，成本很高，光-电转化效率也普遍偏低等因素影响了它的推广应用，但是随着技术的提高太阳能电池正越来越走近我们的日常生活。

请根据上述材料，回答下列问题：

（1）太阳能电池工作时将___________能转化为电能。

（2）该文中划线部分文本提到了“电场”这一概念，请类比我们学过的磁场基本性质：“磁场对放入其中的磁体有力的作用”，猜想并提出一条电场的性质______。

（3）若北京地区地面的阳光强度A=1000W/m2即每平方米1秒钟接收到的太阳能为1000J，请计算至少要多大受光面积的硅电池才能让60W的LED灯正常发光______（写出必要的计算过程）

Answer 1

【答案】太阳 （光） 电场对放入其中的电荷有力的作用 0.4m2

【解析】

（1）太阳能电池是将太阳能转化为电能的装置；

（2）磁场对放入其中的磁体有力的作用，磁场虽然看不见，但真实存在；类似有：电场对放入其中的电荷有力的作用；

（3）由题知，硅电池的光-电转化效率一般为9%-15%，假设光-电转化效率η=15%，硅电池面积为S，在时间t内，P=60W的LED灯消耗的电能W=Pt，硅电池接收到的太阳能E=ASt，利用效率公式求硅电池的受光面积。

（1）太阳能电池工作时将太阳能转化为电能；

（2）类似磁场的性质，根据题意可猜想电场的性质：电场对放入其中的电荷有力的作用；

（3）由题知，硅电池的光-电转化效率一般为9%-15%，即最高转化效率η=15%，硅电池面积为S，在时间t内， 60W的LED灯消耗的电能W=Pt，

硅电池接收到的太阳能E=ASt，

由效率公式得：

，

代入数据解得：

。