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太陽能光伏發電一般指能利用半導體直接將光能轉換為電能的一種能源形式。 晶矽類太陽能電池是最普遍的一種形式, 太陽能電池起源於1839年, 法國貝克勒爾是第一個發現了液態電解質的光生伏特現象的科學家。 其一般構造如圖所示, 在基體矽中滲入棚原子以後, 便會產生空穴。 同理, 在基體矽中摻入磷原子以後, 由於磷原子相比於矽原子, 其最外層是具有五個電子的特殊結構, 相比於矽原子的四電子結構就會有多出來的一個電子變得非常活躍,
當有具定能量的光子照射到太陽能電池片上時, 會生成許多新的電子-空穴對。 因為電池材料的不斷吸收導致入射光強不斷減小, 因此沿著入射方向, 電池片內部電子-空穴對的密度逐漸減小,
光生電流示意圖
一、P型半導體的形成
如圖, 正電荷表示矽原子, 負電荷表示圍繞在矽原子旁邊的四個電子
當矽晶體中摻入硼時(如下圖),
二、N型半導體的形成
如上圖所示, 正電荷表示矽原子, 負電荷表示圍繞在矽原子旁邊的四個電子 。
摻入磷原子以後(如上圖), 因為磷原子有五個電子, 所以就會有一個電子變得非常活躍, 形成N型半導體。 黃色代表摻入的磷原子, 紅色代表多出來的電子。
三、P-N結的形成
將一塊P型半導體和N型半導體緊密連接在一起,
圖中蘭色小圓為多子電子;紅色小圓為多子空穴。N型半導體中的多子電子的濃度遠大於P型半導體中少子電子的濃度;P型半導體中多子空穴的濃度遠大於N型半導體中少子空穴的濃度。於是在兩種半導體的介面上會因載流子的濃度差發生了擴散運動,見上圖。
隨著擴散運動的進行,在介面N區的一側,隨著電子向P區的擴散,雜質變成正離子;在介面P區的一側,隨著空穴向N區的擴散,雜質變成負離子。雜質在晶格中是不能移動的,所以在N型和P型半導體介面的N型區一側會形成正離子薄層;在P型區一側會形成負離子薄層。這種離子薄層會形成一個電場,方向是從N區指向P區,稱為內電場,見下圖。
內電場的出現及內電場的方向會對擴散運動產生阻礙作用,限制了擴散運動的進一步發展。在半導體中還存在少子,內電場的電場力會對少子產生作用,促使少數載流子產生漂移運動。
我們稱從N區指向P區的內電場為PN結,簡單的描述為:N型半導體中含有較多的空穴,而P型半導體中含有較多的電子,這樣,當P型和N型半導體結合在一起時,就會在接觸面形成電勢差,這就是PN結。
電池組件受照射時,輸出電功率與入射光功率之比稱為電池組件的效率也稱光電轉換效率。
傳統晶矽太陽能電池效率的理論極限為28.8%(此處不包含矽基複合其他材料太陽能電池)
來源:北極星太陽能光伏網(獨家) 作者:陳雪松
圖中蘭色小圓為多子電子;紅色小圓為多子空穴。N型半導體中的多子電子的濃度遠大於P型半導體中少子電子的濃度;P型半導體中多子空穴的濃度遠大於N型半導體中少子空穴的濃度。於是在兩種半導體的介面上會因載流子的濃度差發生了擴散運動,見上圖。
隨著擴散運動的進行,在介面N區的一側,隨著電子向P區的擴散,雜質變成正離子;在介面P區的一側,隨著空穴向N區的擴散,雜質變成負離子。雜質在晶格中是不能移動的,所以在N型和P型半導體介面的N型區一側會形成正離子薄層;在P型區一側會形成負離子薄層。這種離子薄層會形成一個電場,方向是從N區指向P區,稱為內電場,見下圖。
內電場的出現及內電場的方向會對擴散運動產生阻礙作用,限制了擴散運動的進一步發展。在半導體中還存在少子,內電場的電場力會對少子產生作用,促使少數載流子產生漂移運動。
我們稱從N區指向P區的內電場為PN結,簡單的描述為:N型半導體中含有較多的空穴,而P型半導體中含有較多的電子,這樣,當P型和N型半導體結合在一起時,就會在接觸面形成電勢差,這就是PN結。
電池組件受照射時,輸出電功率與入射光功率之比稱為電池組件的效率也稱光電轉換效率。
傳統晶矽太陽能電池效率的理論極限為28.8%(此處不包含矽基複合其他材料太陽能電池)
來源:北極星太陽能光伏網(獨家) 作者:陳雪松