太陽(yáng)能電池板原理_太陽(yáng)能電池的工作原理
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隨著(zhù)全球能源日趨緊張，太陽(yáng)能成為新型能源得到了大力的開(kāi)發(fā)，其中我們在生活中使用最多的就是太陽(yáng)能電池了。太陽(yáng)能電池是以半導體材料為主，利用光電材料吸收光能后發(fā)生光電轉換，使它產(chǎn)生電流，那么太陽(yáng)能電池的工作原理是怎么樣的呢?太陽(yáng)能電池是通過(guò)光電效應或者光化學(xué)效應直接把光能轉化成電能的裝置。當太陽(yáng)光照射到半導體上時(shí)，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半導體吸收或透過(guò)。被吸收的光，當然有一些變成熱，另一些光子則同組成半導體的原子價(jià)電子碰撞，于是產(chǎn)生電子—空穴對。這樣，光能就以產(chǎn)生電子—空穴對的形式轉變?yōu)殡娔堋?/p>本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/175350.htm
一、太陽(yáng)能電池的物理基礎
當太陽(yáng)光照射p-n結時(shí)，在半導體內的電子由于獲得了光能而釋放電子，相應地便產(chǎn)生了電 子——空穴對，并在勢壘電場(chǎng)的作用下，電子被驅向型區，空穴被驅向P型區，從而使凡區有過(guò)剩的 電子，P區有過(guò)剩的空穴。于是，就在p-n結的附近形成了與勢壘電場(chǎng)方向相反的光生電場(chǎng)。
如果半導體內存在P—N結，則在P型和N型交界面兩邊形成勢壘電場(chǎng)，能將電子驅向N區，空穴驅向P區，從而使得N區有過(guò)剩的電子，P區有過(guò)剩的空穴，在P—N結附近形成與勢壘電場(chǎng)方向相反光的生電場(chǎng)。
制造太陽(yáng)電池的半導體材料已知的有十幾種，因此太陽(yáng)電池的種類(lèi)也很多。目前，技術(shù)最成熟，并具有商業(yè)價(jià)值的太陽(yáng)電池要算硅太陽(yáng)電池。下面我們以硅太陽(yáng)能電池為例，詳細介紹太陽(yáng)能電池的工作原理。
1、本征半導體
物質(zhì)的導電性能決定于原子結構。導體一般為低價(jià)元素，它們的最外層電子極易掙脫原子核的束縛成為自由電子，在外電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生定向移動(dòng)，形成電流。高價(jià)元素(如惰性氣體)或高分子物質(zhì)(如橡膠)，它們的最外層電子受原子核束縛力很強，很難成為自由電子，所以導電性極差，成為絕緣體。常用的半導體材料硅(Si)和鍺(Ge)均為四價(jià)元素，它們的最外層電子既不像導體那么容易掙脫原子核的束縛，也不像絕緣體那樣被原子核束縛的那么緊，因而其導電性介于二者之間。
將純凈的半導體經(jīng)過(guò)一定的工藝過(guò)程制成單晶體， 即為本征半導體。晶體中的原子在空間形成排列整齊的點(diǎn)陣，相鄰的原子 形成共價(jià)鍵。
晶體中的共價(jià)鍵具有極強的結合力，因此，在常溫下，僅有極少數的價(jià)電子由于熱運動(dòng)(熱激發(fā))獲得足夠的能量，從而掙脫共價(jià)鍵的束縛變成為自由電子。與此同時(shí)，在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空穴。原子因失掉一個(gè)價(jià)電子而帶正電，或者說(shuō)空穴帶正電。在本征半導體中，自由電子與空穴是成對出現的，即自由電子與空穴數目相等。
自由電子在運動(dòng)的過(guò)程中如果與空穴相遇就會(huì )填補空穴，使兩者同時(shí)消失，這種現象稱(chēng)為復合。在一定的溫度下，本征激發(fā)所產(chǎn)生的自由電子與空穴對，與復合的自由電子和空穴對數目相等，故達到動(dòng)態(tài)平衡。
能帶理論：
1、單個(gè)原子中的電子在繞核運動(dòng)時(shí)，在各個(gè)軌道上的電子都各自具有特定的能量;
2、越靠近核的軌道，電子能量越低;
3、根據能量最小原理電子總是優(yōu)先占有最低能級;
4、價(jià)電子所占據的能帶稱(chēng)為價(jià)帶;
5、價(jià)帶的上面有一個(gè)禁帶，禁帶中不存在為電子所占據的能級;
6、禁帶之上則為導帶，導帶中的能級就是價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵束縛而成為自由電子所能占據的能級;
7、禁帶寬度用Eg表示，其值與半導體的材料及其所處的溫度等因素有關(guān)。T=300K時(shí)，硅的Eg=1.1eV;鍺的Eg=0.72eV。
2、雜質(zhì)半導體
雜質(zhì)半導體：通過(guò)擴散工藝，在本征半導體中摻入少量雜質(zhì)元素，便可得到雜質(zhì)半導體。
按摻入的雜質(zhì)元素不用，可形成N型半導體和P型半導體;控制摻入雜質(zhì)元素的濃度，就可控制雜質(zhì)半導體的導電性能。
N型半導體： 在純凈的硅晶體中摻入五價(jià)元素(如磷)，使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半導體。
由于雜質(zhì)原子的最外層有五個(gè)價(jià)電子，所以除了與其周?chē)柙有纬晒矁r(jià)鍵外，還多出一個(gè)電子。多出的電子不受共價(jià)鍵的束縛，成為自由電子。N型半導體中，自由電子的濃度大于空穴的濃度，故稱(chēng)自由電子為多數載流子，空穴為少數載流子。由于雜質(zhì)原子可以提供電子，故稱(chēng)之為施主原子。
P型半導體：在純凈的硅晶體中摻入三價(jià)元素(如硼)，使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了P型半導體。
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