硅光电池的结构及工作原理

硅光电池的结构及工作原理

硅光电池是一种能将光能直接转换成电能的半导体器件,其结构图所示.它实质上是一个大面积的半导体pN结.硅光电池的基体材料为一薄片p型单晶硅,其厚度在0.44mm以下,在它的表面上利用热扩散法生成一层N型受光层,基体和受光层的交接处形成pN结.在N型层受光层上制作有栅状负电极,另外在受光面上还均匀覆盖有抗反射膜,它是一层很薄的天蓝色一氧化硅膜,可以使电池对有效入射光的吸收率达到90%以上,并使硅光电池的短路电流增加25%-30%.

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以硅材料为基体的硅光电池,可以使用单晶硅、多晶硅、非晶硅来制造.单晶硅光电池是目前应用最广的一种,它有2CR和2DR两种类型,其中2CR型硅光电池采用N型单晶硅制造,2DR型硅光电池则采用p型单晶硅制造.

硅光电池的工作原理是光生伏特效应.当光照射在硅光电池的pN结区时,会在半导体中激发出光生电子空穴对.pN结两边的光生电子空穴对,在内电场的作用下,属于多数载流子的不能穿越阻挡层,而少数载流子却能穿越阻挡层.结果,p区的光生电子进入N区,N区的光生空穴进入p区,使每个区中的光生电子一空穴对分割开来.光生电子在N区的集结使N区带负电,光生电子在p区的集结使p区带正电.p区和N区之间产生光生电动势.当硅光电池接入负载后,光电流从p区经负载流至N区,负载中即得到功率输出.