3． George Cove的光伏研究

George Cove到底是如何制造出领先时代 60 年的太阳能电池板的？

根据拥有半导体工程背景的 Philip Pesavento 的说法，Cove本打算制造更好的热电发电机 （TEG），爱德华韦斯顿在 1888 年制造了第一台实验性太阳能热电发电机（或 STEG），这也是那个时代最流行的科技创新。

Cove将他的发电机暴露在柴炉和直接太阳能的热量下，他的意图也从他描述他的设备的方式中清楚地看出：

“框架包含许多紫罗兰色玻璃窗格，通过沥青复合背衬，在其后面设置了许多小金属塞。插头的一端总是暴露在阳光下，而另一端则凉爽且有遮蔽。”

创造尽可能大的温差是热电发电的关键，因此 Cove 的设计是有道理的。问题是，当他测量发电机的功率输出时，它并没有像热电发电机应该做的那样对热量做出反应。最初，Cove 观察到他的发明在暴露于太阳能时利用热和光来发电：

“我的发明的主要部分是金属插头的特殊成分，它受到太阳的作用，电流不仅由热射线产生，而且由紫色光产生”。

然而，在对柴炉和太阳能进行进一步实验后，Cove认为：

“当机器暴露于各种人工热源时，它根本不供电。除了太阳的热射线（短波红外线）外，紫色光或紫外线可能在建立电流方面是活跃的”。

Cove 太阳能光伏电池板的原电池是一个三英寸长的插头或金属棒，由几种常见金属的合金制成。1．5 平方米的面板有 976 个金属插头，4．5 平方米的阵列则有 4 x 1804 个插头。尽管Cove的试验保持插头一侧冷却而另一侧保持热 – 并由沥青作为隔热层隔开 – 但之后发现隔热并不重要，因为Cove发明的根本不是热电，而是光伏发电。

Cove 在不知不觉中建立了金属 － 半导体接触。

4． 发了电，却不知为何发电

尽管成功地用该装置进行了光伏发电，George Cove 却怎么也不明白他的太阳能发电机是如何工作的，而当时其他人也不明白。

那时已经有科学家知道光伏效应，爱因斯坦在1904年才对光电效应做出了解释。科学家知道理论，知道光能转化为电，但那只是停留在“效应”，却不知道如何实现并利用光伏发电。直到爱因斯坦在1921年因为此前提出的解释光电效应的理论而获得诺贝尔物理奖，科学家才开始了更多光电效应方面的研究工作和1930 年代以后的量子力学工作，才开始提出并了解了“半导体带隙”的概念。

“半导体带隙”是将光伏效应理论变成光伏电池产品的实践基础。电子以不同的“状态”围绕原子核运行，形成称为“带”的区域。这些带将它们的电子牢牢固定在原位。在这些带之间是“带隙” － 没有电子的状态，理解了带隙，才能理解电子的跃迁和载流子的移动。

导体没有带隙，因此电子流过它们，所以金属可以导电。在绝缘体（如木材、玻璃、塑料或陶瓷）中，有一个非常宽的带隙，它会阻止电流流动。而在半导体中，有一个相对较窄的带隙。这使它们可以充当绝缘体或导体。当半导体吸收能量势等于或大于半导体材料带隙的“光子”（光的基本粒子）时，它们就可以成为导体。

理解了“半导体带隙”，科学家就有了方向，要将“光电效应”的电流持续发生并保存下来，需要制造一个肖特基结，抱歉，那时还不叫科学家肖特基还没有发明肖特基结。

为了让光伏效应持续发生，系统中必须存在一些不均匀性。所谓的 pn 结就做到了这一点，它形成了带正电荷和带负电荷的半导体之间的边界。P型半导体具有称为“空穴”（吸引电子）的电子空位，而 N 型半导体具有额外的电子，在两者之间的连接处是电势。

1938年德国的W．H．肖特基提出理论模型，对此特性作了科学的解释，一种简单的金属与半导体的交界面，它与PN结相似，具有非线性阻抗特性（整流特性）。故后来把这种金属与半导体的交界面称为肖特基结或肖特基势垒。

在1950 年代，贝尔实验室的科学家们设法用从所谓的肖特基结制造光伏电池，该结将半导体与金属连接起来。在这种情况下，金属起到n型半导体的作用。

但在科学家理解“半导体带隙”之前，没有人知道该如何让“光伏效应”变成“光伏发电”，更没有肖特基结，这一点，别人不知道，George Cove也不知道。

然而，尽管George Cove不知道半导体带隙和肖特基结，但Philip Pesavento通过调查表示，“我的假设是 George Cove 偶然发现了一种肖特基接触式光伏电池，比真正的肖特基发明人 － 德国的 W．H．肖特基（Walter Schottky）描述它的时间还早了几十年”。