太陽(yáng)能電池發(fā)電原理

——光伏效應(yīng)太陽(yáng)能電池發(fā)電原理

1傳統(tǒng)電池是一種通過(guò)反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。傳統(tǒng)電池即一種化學(xué)電源，它由兩種電化學(xué)活性電極和電解質(zhì)組成，通過(guò)轉(zhuǎn)換內(nèi)部的化學(xué)能來(lái)供能，能量?jī)?chǔ)存很有限?；瘜W(xué)電池可以分成兩個(gè)基本類(lèi)型：原電池與蓄電池。原電池制成后即可以產(chǎn)生電流，但在放電完畢即被廢棄。蓄電池又稱(chēng)為二次電池，可以多次使用。蓄電池充電時(shí)，電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能；放電時(shí)，化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能。傳統(tǒng)電池與太陽(yáng)能電池原理區(qū)別傳統(tǒng)電池是一種通過(guò)反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置2

太陽(yáng)能電池是光能轉(zhuǎn)換為電能的器件。

太陽(yáng)光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，產(chǎn)生新的電子-空穴對(duì)，在p-n結(jié)電場(chǎng)的作用下，空穴由p區(qū)流向n區(qū)，電子由n區(qū)流向p區(qū)，接通電路就形成電流。太陽(yáng)能電池是一種物理性質(zhì)的電源，而傳統(tǒng)電池是一種化學(xué)性質(zhì)的電源！

太陽(yáng)能電池是光能轉(zhuǎn)換為電能的器件。3太陽(yáng)能電池主要由太陽(yáng)能電池板，充電控制器，蓄電池，逆變器等部件組成。而太陽(yáng)能電池板是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分。其作用是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，送往蓄電池中存儲(chǔ)起來(lái)。太陽(yáng)能電池板的基本結(jié)構(gòu)是PN結(jié).太陽(yáng)能電池主要由太陽(yáng)能電池板，充電控制器，4太陽(yáng)能電池PN結(jié)的形成多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)濃度差P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體

內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。

擴(kuò)散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬。

多數(shù)載流子的擴(kuò)散和少數(shù)載流子的漂流達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，形成穩(wěn)定的PN結(jié)?。?+++++++++++++++++++++++－－－－－－－－形成空間電荷區(qū)太陽(yáng)能電池PN結(jié)的形成多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)濃度5太陽(yáng)能電池光伏效應(yīng)

光伏效應(yīng)：當(dāng)有適當(dāng)波長(zhǎng)的光照射到這個(gè)pn結(jié)太陽(yáng)能電池時(shí)，在內(nèi)建電場(chǎng)的作用，光能直接轉(zhuǎn)化成電能的效應(yīng)。光伏效應(yīng)是半導(dǎo)體電池實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的理論基礎(chǔ)，也是光電器件工作的最重要的物理效應(yīng)。因此，我們將來(lái)仔細(xì)分析一下pn結(jié)的光伏效應(yīng)。太陽(yáng)能電池光伏效應(yīng) 光伏效應(yīng)：當(dāng)有適當(dāng)波長(zhǎng)的光照射到這個(gè)pn6設(shè)入射光垂直pn結(jié)面，光子將進(jìn)入pn結(jié)區(qū)，甚至更深入到半導(dǎo)體內(nèi)部。能量大于禁帶寬度的光子，被PN結(jié)吸收產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。在光激發(fā)下多數(shù)載流子濃度改變較小，而少數(shù)載流子濃度卻變化很大，因此應(yīng)主要研究光生少數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng)。設(shè)入射光垂直pn結(jié)面，光子將進(jìn)入pn結(jié)區(qū)，甚7

在pn結(jié)勢(shì)壘區(qū)的內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，ＰＮ結(jié)兩邊的光生少數(shù)載流子受該場(chǎng)的作用，各自向相反方向運(yùn)動(dòng)：p區(qū)的電子穿過(guò)p-n結(jié)進(jìn)入n區(qū)；n區(qū)的空穴進(jìn)入p區(qū)，使p端電勢(shì)升高，n端電勢(shì)降低，在p-n結(jié)兩端形成了光生電動(dòng)勢(shì)，這就是p-n結(jié)的光生伏特效應(yīng)。由于光照在p-n結(jié)兩端產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)，相當(dāng)于在p-n結(jié)兩端加正向電壓，使勢(shì)壘降低為，產(chǎn)生正向電流. 在pn結(jié)勢(shì)壘區(qū)的內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，ＰＮ結(jié)兩邊的光生少數(shù)載流8

在pn結(jié)開(kāi)路的情況下，光生電流和正向電流相等時(shí)，p-n結(jié)兩端建立起穩(wěn)定的電勢(shì)差Voc，（p區(qū)相對(duì)于n區(qū)是正的），這就是光電池的開(kāi)路電壓。如將pn結(jié)與外電路接通，只要光照不停止，就會(huì)有源源不斷的電流通過(guò)電路，p-n結(jié)起了電源的作用。這就是光電池的基本原理。 在pn結(jié)開(kāi)路的情況下，光生電流和正向電流相等時(shí)，p-n結(jié)兩9太陽(yáng)能發(fā)電大致分三個(gè)過(guò)程：1、光子的吸收，激發(fā)產(chǎn)生電子－空穴。２、在內(nèi)建電場(chǎng)作用下，載流子定向分布。３、電池板與外電路接觸形成通路電流，向外電路供電。太陽(yáng)能發(fā)電大致分三個(gè)過(guò)程：1、光子的吸收，激發(fā)產(chǎn)生電子－10

由上面分析可以看出，為了使半導(dǎo)體光電器件產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)（或光生積累電荷），它們應(yīng)該滿(mǎn)足以下兩個(gè)條件：1、要求入射光子的能量h大于或等于半導(dǎo)體材料的帶隙Eg，使該入射光子能被半導(dǎo)體吸收而激發(fā)出光生非平衡的電子空穴對(duì)。2、具有光伏結(jié)構(gòu)，即兩種晶格常數(shù)相近的半導(dǎo)體通過(guò)歐姆接觸形成PN結(jié)所對(duì)應(yīng)的勢(shì)壘區(qū)。勢(shì)壘區(qū)的重要作用是分離了兩種不同電荷的光生非平衡載流子，產(chǎn)生電流。在p區(qū)內(nèi)積累了非平衡空穴，而在n區(qū)內(nèi)積累起非平衡電子。 由上面分析可以看出，為了使半導(dǎo)體光電器件產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)（或11

除了上述pn結(jié)能產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)外，金屬-半導(dǎo)體形成的肖特基勢(shì)壘層等其它許多結(jié)構(gòu)都能產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)。其電子過(guò)程和pn結(jié)相類(lèi)似，都是使適當(dāng)波長(zhǎng)的光照射材料后在半導(dǎo)體的界面或表面產(chǎn)生光生載流子，在勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)的作用下，光生電子和空穴向相反的方向漂移從而互相分離，在器件兩端積累產(chǎn)生光生電壓。其他原因引起光伏效應(yīng)除了上述pn結(jié)能產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)外，金12通常的發(fā)電系統(tǒng)如火力發(fā)電，就是燃燒石油或煤以其燃燒能來(lái)加熱水，使之變成蒸汽，推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電；原子能發(fā)電則是以核裂變放出的能量代替燃燒石油或煤，而水