深入淺出了解晶體硅電池發(fā)電原理

　　天天討論光伏發(fā)電，你知道太陽(yáng)能電池發(fā)電的原理嗎?本文分別用文字形式，介紹了晶硅太陽(yáng)能電池的發(fā)電原理。屬于科普級別，非常通俗易懂。

　　太陽(yáng)能電池發(fā)電原理

　　一、N型半導體與P型半導體

　　完全純凈的、具有晶體結構的半導體，稱(chēng)為本征半導體，原子之間形成共價(jià)鍵，其結構如圖1-3所示。共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子，稱(chēng)為價(jià)電子。

　　圖1：本征半導體結構圖

　　價(jià)電子在獲得一定能量(溫度升高或受光照)后，即可掙脫原子核的束縛，成為自由電子(帶負電)，同時(shí)共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，稱(chēng)為空穴(帶正電)，如圖1-4所示。自由電子和空穴都稱(chēng)為載流子，本征半導體中載流子數目極少，其導電性能很差。圖2：價(jià)電子受激發(fā)后形成自由電子和空穴

　　在本征半導體中摻入微量的雜質(zhì)(某種元素)，形成雜質(zhì)半導體，可使其導電性能大大增強。

　　摻入五價(jià)磷元素取代硅原子，磷原子外層的五個(gè)外層電子的其中四個(gè)與周?chē)陌雽w原子形成共價(jià)鍵，多出的一個(gè)電子幾乎不受束縛，較為容易地成為自由電子。因此，摻雜后自由電子數目大量增加，自由電子導電成為這種半導體的主要導電方式，稱(chēng)為N型半導體。

　　摻入三價(jià)硼元素取代硅原子，硼原子外層的三個(gè)外層電子與周?chē)陌雽w原子形成共價(jià)鍵的時(shí)候，會(huì )產(chǎn)生一個(gè)“空穴”。因此，摻雜后空穴數目大量增加，空穴導電成為這種半導體的主要導電方式，稱(chēng)為P型半導體。

　　無(wú)論N型或P型半導體都是中性的，對外不顯電性。

　　圖3-1a：N型半導體

　　圖3-2b：P型半導體

　　N型半導體的電子是多子，空穴是少子;

　　P型半導體的空穴是多子，電子是少子。

　　二、“PN結”與“光生伏特效應”

　　PN結是由一個(gè)N型摻雜區和一個(gè)P型摻雜區緊密接觸所構成的。在一塊完整的硅片上，用不同的摻雜工藝使其一邊形成N型半導體，另一邊形成P型半導體，兩種半導體的交界面附近的區域為PN結。太陽(yáng)能電池的基本結構就是一個(gè)大面積平面PN結。

　　在太陽(yáng)光照射到PN結上時(shí)，PN結吸收光能激發(fā)出電子和空穴，在PN結中產(chǎn)生電壓，稱(chēng)為“光生伏特效應”或簡(jiǎn)稱(chēng)“光伏效應”。

　　圖4：光伏發(fā)電原理