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太陽能電池的工作原理是怎么樣的?

鉅大LARGE  |  點擊量:2346次  |  2021年03月06日  

太陽能電池的工作原理:


太陽能電池是一對光有響應并能將光能轉換成電力的器件。能出現光伏效應的材料有許多種,如:單晶硅,多晶硅,非晶硅,砷化鎵,硒銦銅等。它們的發電原理基本相同,以晶體為例描述光發電過程。P型晶體硅經過摻雜磷可得N型硅,形成P-N結。


當光線照射太陽能電池表面時,一部分光子被硅材料吸收;光子的能量傳遞給了硅原子,使電子發生了越遷,成為自由電子在P-N結兩側集聚形成了電位差,當外部接通電路時,在該電壓的用途下,將會有電流流過外部電路出現一定的輸出功率。這個過程的實質是:光子能量轉換成電能的過程


太陽電池能量轉換的基礎是結的光生伏特效應。


當光照射到pn結上時,出現電子一空穴對,在半導體內部結附近生成的載流子沒有被復合而到達空間電荷區,受內建電場的吸引,電子流入n區,空穴流入p區,結果使n區儲存了過剩的電子,p區有過剩的空穴。它們在pn結附近形成與勢壘方向相反的光生電場。


光生電場除了部分抵消勢壘電場的用途外,還使p區帶正電,N區帶負電,在N區和P區之間的薄層就出現電動勢,這就是光生伏特效應。


此時,假如將外電路短路,則外電路中就有與入射光能量成正比的光電流流過,這個電流稱作短路電流,另一方面,若將PN結兩端開路,則由于電子和空穴分別流入N區和P區,使N區的費米能級比P區的費米能級高,在這兩個費米能級之間就出現了電位差??梢詼y得這個值,并稱為開路電壓。由于此時結處于正向偏置,因此,上述短路光電流和二極管的正向電流相等,并由此可以決定電位差的值。


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