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5． George Cove的意外發(fā)現(xiàn)

George Cove最初制作的這些設備有可能同時產(chǎn)生光伏（主要）和熱電響應。插頭是鋅和銻的合金 － 我們現(xiàn)在知道這是一種半導體。它的兩端交替覆蓋著德國銀（鎳、銅和鋅合金）和銅。這就分別形成了歐姆接觸和肖特基接觸，而有了這兩種形式的接觸，George Cove的發(fā)明就是一個典型的光伏設備。

Philip Pesavento進一步調查發(fā)現(xiàn)，George Cove使用“德國銀”很可能只是作為插頭兩端的負極材料，并使用銻鋅合金 （ZnSb） 作為正極材料，這些都是當時最好的熱電材料。他可能用完了德國銀并用銅代替了一堆插頭，因為使用銅和德國銀之間的熱電電壓差異很小。然后，在測試過程中，Cove 指出這些插頭（一端是德國銀帽，另一端是銅帽）提供了更高的電壓：100 毫伏，而熱電發(fā)電機通常為 10 毫伏。

這里究竟發(fā)生了什么？

通過使用銅，Cove 在不知不覺中建立了一個肖特基結。這將他的熱電發(fā)電機變成了“熱光伏發(fā)電機”。這種設備的工作原理與光伏太陽能電池相同，但波長不同。太陽光譜涵蓋從紅外線到紫外線的大約 0．5 到 2．9 電子伏特 （eV） 的范圍。帶隙在 1 到 1．7 eV 之間的半導體可以有效地將可見光轉化為電能（光伏發(fā)電機），而帶隙在 0．4 到 0．7 eV 之間的半導體可以有效地將短波紅外太陽能轉化為電能（熱光伏發(fā)電機）。

上圖：Cove 1906年的專利圖顯示了鋅銻合金“b”；德國銀（歐姆）端蓋“c”；以及銅或錫（肖特基）端蓋“f”。所有這些都是壓配接觸，因為焊接連接會降低效率。

我們現(xiàn)在知道 ZnSb，也就是Cove 插頭中的負極材料，是一種帶隙為 0．5 eV 的半導體。這在很大程度上解釋了為什么發(fā)明者最初觀察到他的太陽能發(fā)電機將熱能和光能轉化為電能。熱光伏發(fā)電機不僅匹配太陽光譜的紅外尾部，它還匹配燃燒火焰或通過燃燒木材或天然氣加熱的紅熱發(fā)射表面的直接光譜。它還將可見光譜的較低部分轉化為電能，但效率非常低。

然而，George Cove并不是科學家，在當時的科學認知上，他也不可能知道帶隙，不可能知道為何熱量沒有發(fā)電，光照卻產(chǎn)生了電流。

根據(jù) Philip Pesavento 的說法，Cove 隨后設法改進了接近 Zn4Sb3 的合金成分，一種鋅銻合金，其比例為 4 份鋅對 6 份銻。我們現(xiàn)在知道，那也是一種半導體。然而，它的帶隙為 1．2 eV，非常接近硅的帶隙 （1．1 eV）。因此，它將他的熱光伏發(fā)電機變成了純粹的光伏發(fā)電機：

Philip Pesavento 繼續(xù)介紹，“受成果鼓舞，Cove可能制作了更多的插頭，并且不知何故在一批中出現(xiàn)了“錯誤”的比例，然后他測量到了更大的電壓。最后他對鋅銻合金進行了仔細研究，發(fā)現(xiàn)40 － 42％范圍的鋅合金產(chǎn)生的電壓最高（與 ZnSb 中的 35％ 鋅相比）。Cove意外地發(fā)現(xiàn)了 Zn4Sb3，這種半導體的更高帶隙意味著它在暴露于柴爐的熱量時不再起作用，而當它暴露在太陽能中時效果更好，可以有效地將更多的可見光光譜轉化為電能�！�

6． 然后呢？沒有然后了

如此顛覆性的發(fā)明，然后呢，George Cove怎么了？

如果 Cove 的太陽能電池板如此具有革命性，為什么會被遺忘？在這個問題上，Philip Pesavento 研究發(fā)現(xiàn)，Cove此后的命運，讀起來就像一本犯罪小說。

Cove于1905年將它的發(fā)明申請了專利，并與當年將他的第一塊太陽能電池板在加拿大展示。此后Cove的專利于1906年得到批準，他本人則被美國投資者帶到美國（馬薩諸塞州薩默維爾）繼續(xù)開發(fā)他的設備，以他的聰明才智，一切進展都非常順利。但當Cove 試圖生產(chǎn)和銷售他的太陽能設備時，竟然以神秘的方式失敗了。

根據(jù)Philip Pesavento的研究，在產(chǎn)業(yè)化的利益驅動下，這位發(fā)明家開始與股票操縱者 Elmer Burlingame 打交道，他在 1909 年和 1910 年在不屬于他的企業(yè)發(fā)行股票，包括 Cove 的初創(chuàng)公司 Sun Electric Generator Company。

1909 年 10 月，Cove據(jù)稱被綁架，并被告知如果他不停止開發(fā)太陽能發(fā)明，他的生命就會受到威脅。然而，警方認為關于Cove的綁架是一場騙局。1911 年，Cove 和 Burlingame 都因股票欺詐被捕并入獄一年。盡管在那之后 Cove 致力于其他發(fā)明，但這些都與太陽能無關。

George Cove的太陽能研究從此再也沒有聲音了。他真的是個騙子嗎？或者說他是其中一人的受害者嗎？還是他的名聲因為太陽能發(fā)電機威脅到其他公司的利益而被毀？

歷史上有很多美國大公司壓制技術創(chuàng)新的例子。George Cove 與紐約的 Edison Electric Illuminating Company 在那一時期同樣活躍，該公司對競爭對手的不道德行為有據(jù)可查。如果 Cove 的太陽能發(fā)電機運轉正常，它本可以減少對愛迪生的煤炭和燃油發(fā)電站不斷增長的需求。因為在更早的1880 年代，愛迪生購買了當時最好的熱電發(fā)電機制造商 － Clamonds 的改進型熱電堆，并隨后停止了機器的開發(fā)。

現(xiàn)在只能推測George Cove可能是受害者。他的專利詳細描述了他的 Zn4Sb3 插頭的制作過程，這幫助研究人員計算了其太陽能電池板的功率輸出和效率。然而，Cove在專利中還描述了這些用于將木爐中的熱量轉化為電能的插頭，這與他選擇的材料不兼容，Philip Pesavento覺得，這是 Cove 的誤導，以防止人們復制他的爐子專利并使其工作。

但是不管如何，George Cove的發(fā)明神話并沒有被繼續(xù)，也沒有得到當時科學家的關注。由于那個年代根本沒有網(wǎng)絡，信息和資料都很難查詢，George Cove的發(fā)明也就被時間淹沒了。此后三十年，德國肖特基才發(fā)明了pn結，四十年之后，貝爾實驗室才用硅材料做出了第一塊可商業(yè)化的光伏電池。

George Cove所用的材料，無論是來源，還是制造過程，都比硅材料要容易，也更容易回收，或許如果當時的科學家能夠沿著這條路走下去，光伏發(fā)電的供應鏈將是另外一段歷史，但也有可能因為效率等原因而像其它光伏材料技術路線一樣不被世人看好。

如果George Cove的故事是真的，那光伏的應用歷史將被提前40年，這個可以有。但歷史沒有如果，George Cove，也許就是世界上第一個被耽誤了的光伏科學家，也許他本可以成為世界光伏之父。

《全球光伏》編譯整理