太阳能电池工作原理

2021-03-05      1897 次浏览

太阳能电池的工作原理:


太阳能电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能出现光伏效应的材料有许多种,如:单晶硅,多晶硅,非晶硅,砷化镓,硒铟铜等。它们的发电原理基本相同,以晶体为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅,形成P-N结。


当光线照射太阳能电池表面时,一部分光子被硅材料吸收;光子的能量传递给了硅原子,使电子发生了越迁,成为自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差,当外部接通电路时,在该电压的用途下,将会有电流流过外部电路出现一定的输出功率。这个过程的实质是:光子能量转换成电能的过程


太阳电池能量转换的基础是结的光生伏特效应。


当光照射到pn结上时,出现电子一空穴对,在半导体内部结附近生成的载流子没有被复合而到达空间电荷区,受内建电场的吸引,电子流入n区,空穴流入p区,结果使n区储存了过剩的电子,p区有过剩的空穴。它们在pn结附近形成与势垒方向相反的光生电场。


光生电场除了部分抵消势垒电场的用途外,还使p区带正电,N区带负电,在N区和P区之间的薄层就出现电动势,这就是光生伏特效应。


此时,假如将外电路短路,则外电路中就有与入射光能量成正比的光电流流过,这个电流称作短路电流,另一方面,若将PN结两端开路,则由于电子和空穴分别流入N区和P区,使N区的费米能级比P区的费米能级高,在这两个费米能级之间就出现了电位差。可以测得这个值,并称为开路电压。由于此时结处于正向偏置,因此,上述短路光电流和二极管的正向电流相等,并由此可以决定电位差的值。


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