01 第一缕光
在探索利用太阳能进行发电的道路上，人类历经百余年时间才将光伏发电从实验室推向应用领域。在此期间，众多耳熟能详的科学家做出了卓越的贡献。光伏发电最早也因为过于昂贵只能应用到航空航天领域。
从鲜为人知到家喻户晓，光伏经历了漫长的发展史，这也是一段不断超出预期的历史。而要论其起源，可以追溯到中学物理课本中讲述的100多年前的光电效应的发现。在探索光伏为人类提供照明的漫长道路上，全球涌现出了众多顶尖的科学家和浓墨重彩描绘的故事。
从1954年全球第一个有使用价值的单晶硅光伏电池的诞生，到1958年光伏电池开始在太空中应用，再到20世纪60年代末开始在地面应用；从第一个光伏组件售价高达1500美元/瓦的天价，到后来的300美元/瓦，再到21世纪初的3美元/瓦，直至大幅下降到目前的0.34美元左右/瓦，科技进步在光伏电池的应用中发挥了巨大作用。
曾经只有航空航天领域才用得起、贵到遥不可及的光伏发电产品，如今已经走进千家万户，遍布世界各地。
光电效应的发现
光伏（Photovoltaic），由希腊语“photo”（意为“光”）和“voltaic”（意为“电和伏特”）两个词组成，寓意“光生伏特”，光伏技术就是将光能转化为人类可利用的电能。
1839年，年仅19岁的法国物理学家亚历山大·贝克勒尔，在协助父亲研究将光波照射到电解池所产生的效应时，发现了光生伏特效应。他发现，光照能够使半导体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被简称为“光伏效应”，指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象。
这一发现对于揭示物质的电性质与光波之间的密切关系有很大的作用，并直接促进了光电效应的发现。不过直到1887年，德国物理学家海因里希·赫兹做实验时才真正观察到光电效应。光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象——在高于某特定频率的电磁波照射下，某些物质内部的电子吸收能量后逸出而形成电流，即光生电。
光生电现象虽然由赫兹发现，但是正确的解释却由著名德国科学家阿尔伯特·爱因斯坦（见图1-1）所提出。1905年，年仅27岁的爱因斯坦发表论文《关于光产生和转化的一个试探性观点》，给出了光电效应实验数据的理论解释。
图1-1 爱因斯坦
爱因斯坦主张，光的能量并非均匀分布，而是负载于离散的光量子（光子），而这光子的能量和其所组成的光的频率有关。这个突破性的理论不但能够解释光电效应，也推动了量子力学的诞生。由于他对理论物理学的贡献，特别是对光电效应定律的发现，爱因斯坦获得1921年诺贝尔物理学奖。
光伏效应是光电效应的一种。从1839年法国科学家贝克勒尔发现液体的光伏现象算起，光伏电池已经经过了180多年漫长的发展历史。从总的发展来看，基础研究和技术进步都起到了积极的推进作用。
不过对光伏电池的实际应用真正起到决定性作用的，是美国贝尔实验室三位科学家关于单晶硅光伏电池的成功研制，其成果在光伏电池发展史上起到里程碑的作用。1954年，美国科学家恰宾、富勒和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅光伏电池，虽然转化率只有6%，但是诞生了真正将太阳能转换为电能的实用的光伏发电技术。这直接推动了光伏发电进入应用领域。
光伏应用始于航空航天
鲜为人知的是，由于起初光伏发电成本过于高昂，普通发电领域根本无法接受，光伏在国内外的最早应用都始于航空航天领域的卫星发射。
1958年，美国第二颗人造卫星使用化学电池和光伏电池，通过发射器进入太空。这颗小卫星奠定了光伏电池的应用基础。自此以后，光伏电池逐渐被开发用于宇宙空间探索。虽然，彼时光伏电池价格昂贵，但通过电池实现的航天器寿命延长所带来的价值远远超过了光伏电池的高成本。
在中国，1958年中国研制出了首根单晶硅棒。1967年，中国科学院半导体研究所承担了为卫星研制和生产硅光伏电池板的任务。接到任务之前，曾有科研人员发现，p+/n光伏电池在空间运行时会遭遇电子辐射，造成电池衰减，使电池无法长时间在空间运行。1967年，半导体材料和材料物理学家、中国科学院院士王占国和他的团队发现n+/p光伏电池具备更佳的耐辐射性，尤其是高阻的n+/p光伏电池。
在同年召开的电池定型会上，高阻n+/p光伏电池结构正式被“651”任务采纳。“651”是新中国人造地球卫星工程的代号，当时全国的人、财、物遇到“651”均开绿灯。1968年，王占国率领中科院半导体研究所306组完成光伏电池的批量生产，总投片数5690片，成品3350片，电池成品率为58.88%。
但出于稳妥考虑，我国首颗卫星“东方红一号”并没有采用光伏电池这项当时最前沿的技术作为电源，而是用了化学电池。“东方红一号”卫星最终在太空中工作了28天。11个月后，1971年3月，基于“东方红一号”设计的备用卫星“实践一号”（见图1-2）发射成功，这是中国第一次使用光伏电池，这个采用了光伏电池的卫星最终在轨道上运行了8年。
如今，大多数航天器都会配备光伏电池，世界上大约有1000颗卫星正在使用光伏电池。
图1-2 我国“实践一号”卫星
但是航空航天作为光伏应用市场毕竟太小，光伏行业真正发展壮大，还要依靠为人类日常生活提供发电、照明等更为庞大的市场。
而要论起这个市场，作为光伏技术的发源地，美国无疑是引领者。