太陽能電池板原理_太陽能電池的工作原理

隨著全球能源日趨緊張，太陽能成為新型能源得到了大力的開發(fā)，其中我們在生活中使用最多的就是太陽能電池了。太陽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，使它產生電流，那么太陽能電池的工作原理是怎么樣的呢?太陽能電池是通過光電效應或者光化學效應直接把光能轉化成電能的裝置。當太陽光照射到半導體上時，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半導體吸收或透過。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電子碰撞，于是產生電子—空穴對。這樣，光能就以產生電子—空穴對的形式轉變?yōu)殡娔堋?/p>本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/175350.htm

一、太陽能電池的物理基礎

當太陽光照射p-n結時，在半導體內的電子由于獲得了光能而釋放電子，相應地便產生了電　子——空穴對，并在勢壘電場的作用下，電子被驅向型區(qū)，空穴被驅向P型區(qū)，從而使凡區(qū)有過剩的　電子，P區(qū)有過剩的空穴。于是，就在p-n結的附近形成了與勢壘電場方向相反的光生電場。

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，能將電子驅向N區(qū)，空穴驅向P區(qū)，從而使得N區(qū)有過剩的電子，P區(qū)有過剩的空穴，在P—N結附近形成與勢壘電場方向相反光的生電場。

制造太陽電池的半導體材料已知的有十幾種，因此太陽電池的種類也很多。目前，技術最成熟，并具有商業(yè)價值的太陽電池要算硅太陽電池。下面我們以硅太陽能電池為例，詳細介紹太陽能電池的工作原理。

1、本征半導體

物質的導電性能決定于原子結構。導體一般為低價元素，它們的最外層電子極易掙脫原子核的束縛成為自由電子，在外電場的作用下產生定向移動，形成電流。高價元素(如惰性氣體)或高分子物質(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。

將純凈的半導體經過一定的工藝過程制成單晶體， 即為本征半導體。晶體中的原子在空間形成排列整齊的點陣，相鄰的原子 形成共價鍵。

晶體中的共價鍵具有極強的結合力，因此，在常溫下，僅有極少數(shù)的價電子由于熱運動(熱激發(fā))獲得足夠的能量，從而掙脫共價鍵的束縛變成為自由電子。與此同時，在共價鍵中留下一個空穴。原子因失掉一個價電子而帶正電，或者說空穴帶正電。在本征半導體中，自由電子與空穴是成對出現(xiàn)的，即自由電子與空穴數(shù)目相等。

自由電子在運動的過程中如果與空穴相遇就會填補空穴，使兩者同時消失，這種現(xiàn)象稱為復合。在一定的溫度下，本征激發(fā)所產生的自由電子與空穴對，與復合的自由電子和空穴對數(shù)目相等，故達到動態(tài)平衡。

能帶理論：

1、單個原子中的電子在繞核運動時，在各個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(jù)能量最小原理電子總是優(yōu)先占有最低能級;

4、價電子所占據(jù)的能帶稱為價帶;

5、價帶的上面有一個禁帶，禁帶中不存在為電子所占據(jù)的能級;

6、禁帶之上則為導帶，導帶中的能級就是價電子掙脫共價鍵束縛而成為自由電子所能占據(jù)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。T=300K時，硅的Eg=1.1eV;鍺的Eg=0.72eV。

2、雜質半導體

雜質半導體：通過擴散工藝，在本征半導體中摻入少量雜質元素，便可得到雜質半導體。

按摻入的雜質元素不用，可形成N型半導體和P型半導體;控制摻入雜質元素的濃度，就可控制雜質半導體的導電性能。

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。

由于雜質原子的最外層有五個價電子，所以除了與其周圍硅原子形成共價鍵外，還多出一個電子。多出的電子不受共價鍵的束縛，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，故稱自由電子為多數(shù)載流子，空穴為少數(shù)載流子。由于雜質原子可以提供電子，故稱之為施主原子。

P型半導體：在純凈的硅晶體中摻入三價元素(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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