太陽(yáng)能電池工作原理及應(yīng)用

1、太陽(yáng)能電池工作原理及應(yīng)用太陽(yáng)能電池工作原理及應(yīng)用摘要：太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能電池又稱為“太陽(yáng)能芯片太陽(yáng)能芯片”或光電池光電池，是一種利用太陽(yáng)光直接發(fā)電的光電半導(dǎo)體薄片。它只要被光照到，瞬間就可輸出電壓及電流。在物理學(xué)上稱為太陽(yáng)能光伏（Photovoltaic，photo光，voltaics伏特，縮寫為PV），簡(jiǎn)稱光伏光伏。當(dāng)太陽(yáng)光照射pn結(jié)時(shí)，在半導(dǎo)體內(nèi)的電子由于獲得了光能而釋放電子，相應(yīng)地便產(chǎn)生了電子——空穴對(duì)，并在勢(shì)壘電場(chǎng)的作用下，電子被

2、驅(qū)向rt型區(qū)，空穴被驅(qū)向P型區(qū)，從而使rt區(qū)有過(guò)剩的電子，P區(qū)有過(guò)剩的空穴。于是，就在pn結(jié)的附近形成了與勢(shì)壘電場(chǎng)方向相反的光生電場(chǎng)。關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；光伏發(fā)電；半導(dǎo)體；電池太陽(yáng)能電池的分類簡(jiǎn)介太陽(yáng)能電池的分類簡(jiǎn)介太陽(yáng)能電池根據(jù)所用材料的不同，太陽(yáng)能電池還可分為：硅太陽(yáng)能電池、多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池、聚合物多層修飾電極型太陽(yáng)能電池、納米晶太陽(yáng)能電池、有機(jī)太陽(yáng)能電池、塑料太陽(yáng)能電池，其中硅太陽(yáng)能電池是發(fā)展最成熟的，在應(yīng)用中居主導(dǎo)地位（1）

3、硅太陽(yáng)能電池）硅太陽(yáng)能電池硅太陽(yáng)能電池分為單晶硅太陽(yáng)能電池、多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池和非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池三種。單晶硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。在實(shí)驗(yàn)室里最高的轉(zhuǎn)換效率為24.7%，規(guī)模生產(chǎn)時(shí)的效率為15%（截止2011，為18%）。在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導(dǎo)地位，但由于單晶硅成本價(jià)格高，大幅度降低其成本很困難，為了節(jié)省硅材料，發(fā)展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜做為單晶硅太陽(yáng)能電池的替代產(chǎn)品。多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池與單晶硅比較

4、，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜電池，其實(shí)驗(yàn)室最高轉(zhuǎn)換效率為18%，工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換效率為10%（截止2011，為17%）。因此，多晶硅薄膜電池不久將會(huì)在太陽(yáng)能電池市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位。非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池成本低重量輕，轉(zhuǎn)換效率較高，便于大規(guī)模生產(chǎn)，有極大的潛力。但受制于其材料引發(fā)的光電效率衰退效應(yīng)，穩(wěn)定性不高，直接影響了它的實(shí)際應(yīng)用。太陽(yáng)能發(fā)電有兩種方式，一種是光一熱一電轉(zhuǎn)換方式，另一種是光一電直接轉(zhuǎn)換方式。其中，光一電直接轉(zhuǎn)換方式是

5、利用光電效應(yīng)，將太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，光一電轉(zhuǎn)換的基本裝置就是太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優(yōu)點(diǎn)。太陽(yáng)能電池的工作原理基礎(chǔ)是：半導(dǎo)體P—n結(jié)的光生伏打效應(yīng)。所謂光生伏打效應(yīng)，簡(jiǎn)言之，就是當(dāng)物體受到光照時(shí)，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)和電流的一種效應(yīng)。當(dāng)太陽(yáng)光或其他光照射半導(dǎo)體P—n結(jié)時(shí)，就會(huì)在P—n結(jié)的兩邊出現(xiàn)電壓，叫光生電壓。使Pn結(jié)短路，就會(huì)產(chǎn)生電流。單晶硅的原子是按照

6、一定的規(guī)律排列的。硅原子的外層電子殼層中有4個(gè)電子，如圖1所示。每個(gè)原子的外層電子都有固定的位置，并受原子核的約束。它們?cè)谕鈦?lái)能量的激發(fā)下，如在太陽(yáng)光輻射時(shí)，就會(huì)擺脫原子核的束縛而成為自由電子，并同時(shí)在它原來(lái)的地方留出一個(gè)空位，即半導(dǎo)體物理學(xué)中所謂的“空穴”。由于電子帶負(fù)電，空穴就表現(xiàn)為帶正電。電子和空穴就是單晶硅中可以運(yùn)動(dòng)的電荷。如果在晶體硅中摻人能夠俘獲電子的硼、鋁、鎵或銦等雜質(zhì)元素，那么它就成為空穴型半導(dǎo)體，簡(jiǎn)稱P型半導(dǎo)體。如果有

7、硅晶體中摻入能夠釋放電子的磷、砷或銻等雜質(zhì)元素，那么它就成了電子型的半導(dǎo)體，簡(jiǎn)稱n型半導(dǎo)體。若把這兩種半導(dǎo)體結(jié)合在一起，由于電子和空穴的擴(kuò)散，在交界面處便會(huì)形成pn結(jié)，并在結(jié)的兩邊形成內(nèi)建電場(chǎng)，又稱勢(shì)壘電場(chǎng)。由于此處電阻特別高，所以也稱為阻擋層。當(dāng)太陽(yáng)光照射pn結(jié)時(shí)，在半導(dǎo)體內(nèi)的電子由于獲得了光能而釋放電子，相應(yīng)地便產(chǎn)生了電子——空穴對(duì)，并在勢(shì)壘電場(chǎng)的作用下，電子被驅(qū)向凡型區(qū)，空穴被驅(qū)向P型區(qū)，從而使n區(qū)有過(guò)剩的電子，P區(qū)有過(guò)剩的空穴；