第一个光伏设备

(摘自 Green1 ，其使用了 Benjamin2, Shive3 和 Wolf4的文献)

埃德蒙·贝克勒尔 (Edmond Becquerel) 似乎是第一个证明光伏效应的人5 6。十九岁时，他在父亲的实验室工作，通过用不同类型的光（包括阳光）照射电极来发电（见下图）。使用蓝光或紫外光以及电极涂有 AgCl 或 AgBr 等光敏材料时可获得最佳结果。尽管他通常使用铂电极，但他也观察到银电极的一些反应。随后，他通过开发“光动记录仪”发现了光伏效应的用途，该光动记录仪用于通过测量发射的光强度来记录加热物体的温度。

贝克勒尔描述的装置图 (1839)

光伏发电的下一个重大发展源于对硒光电导效应的关注。在研究这种效应时，Adams 和 Day (1877)7 注意到一种异常现象，他们认为可以用内部电压的产生来解释。他们使用如下所示的样本更仔细地研究了这种异常现象。将加热的铂触点推入玻璃硒小圆柱体的相对两端。亚当斯和戴对这些样本进行的一项实验的目的是看看“是否有可能仅通过光的作用在硒中启动电流”。

Adams 和 Day (1876)研究硒的光电效应的简单结构。

结果是积极的！这是全固态系统中光伏效应的首次演示。 亚当斯和戴将光生电流归因于光诱导硒棒外层的结晶。几十年后，物理学的发展才让人们对这一过程有更多的了解。

七年后，Fritts (1883) 8的工作取得了下一个重大进展。通过在两种不同金属制成的板之间压缩熔融硒，Fritts 能够制备出粘附在其中一块板上的硒薄膜，但不粘附在另一个板上。通过将金箔压在暴露的硒表面上，他制备了第一个“薄膜”光伏器件。这些第一批薄膜器件的面积高达 30 平方厘米。

Fritts于 1883 年展示的薄膜硒。

他也是第一个认识到光伏设备巨大潜力的人。他看到这些设备可以以非常低的成本制造，并指出“如果不需要立即使用电流，可以将其“存储”在生产的地方，在蓄电池中......或者传输......到远处，然后使用或存储'。

然而，直到近五十年后，这一领域才再次爆发出重大的进展。

在研究铜上生长的氧化亚铜层的光电导效应时，发现了铜-氧化亚铜结的整流作用。这导致了大面积整流器的发展，随后不久又出现了大面积光电管。 Grondahl 9 描述了铜-氧化亚铜整流器和光伏电池的开发。

下图显示了早期电池所使用的基于铜-氧化亚铜结的非常简单的结构。铅线线圈用于为电池的照明表面提供网格接触。随后通过在外表面上溅射金属并去除其中一部分来改进这种方法，以便“形成任何所需细度的网格”。这些发展刺激了该领域的大量活动。Grondahl 9 记录了 1930-32 年期间涉及铜-氧化亚铜光伏电池的 38 篇出版物。 10

早期的 Grondahl-Geiger 铜-氧化亚铜光伏电池（约 1927 年）。

这一研究似乎也重新唤起了人们对硒作为光伏材料的兴趣。特别是，Bergmann 11 于 1931 年报道了改进的硒器件。这些器件被证明优于铜基器件，并成为商业上的主导产品。 1939年，Nix 10也报道了具有类似性能的亚铊硫化物电池。该装置以及最高效的硒和铜-氧化亚铜装置的结构如下图所示。

1930 年代开发的最高效光伏器件的结构。