太陽能電池發電原理

——光伏效應太陽能電池發電原理

1傳統電池是一種通過反應將化學能轉化為電能的裝置。傳統電池即一種化學電源，它由兩種電化學活性電極和電解質組成，通過轉換內部的化學能來供能，能量儲存很有限。化學電池可以分成兩個基本類型：原電池與蓄電池。原電池制成后即可以產生電流，但在放電完畢即被廢棄。蓄電池又稱為二次電池，可以多次使用。蓄電池充電時，電能轉換成化學能；放電時，化學能轉換成電能。傳統電池與太陽能電池原理區別傳統電池是一種通過反應將化學能轉化為電能的裝置2

太陽能電池是光能轉換為電能的器件。

太陽光照在半導體p-n結上，產生新的電子-空穴對，在p-n結電場的作用下，空穴由p區流向n區，電子由n區流向p區，接通電路就形成電流。太陽能電池是一種物理性質的電源，而傳統電池是一種化學性質的電源！

太陽能電池是光能轉換為電能的器件。3太陽能電池主要由太陽能電池板，充電控制器，蓄電池，逆變器等部件組成。而太陽能電池板是太陽能發電系統中的核心部分，也是太陽能發電系統中價值最高的部分。其作用是將太陽能轉化為電能，送往蓄電池中存儲起來。太陽能電池板的基本結構是PN結.太陽能電池主要由太陽能電池板，充電控制器，4太陽能電池PN結的形成多子的擴散運動內電場少子的漂移運動濃度差P型半導體N型半導體

內電場越強，漂移運動越強，而漂移使空間電荷區變薄。

擴散的結果使空間電荷區變寬。

多數載流子的擴散和少數載流子的漂流達到動態平衡，形成穩定的PN結！－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－形成空間電荷區太陽能電池PN結的形成多子的擴散運動內電場少子的漂移運動濃度5太陽能電池光伏效應

光伏效應：當有適當波長的光照射到這個pn結太陽能電池時，在內建電場的作用，光能直接轉化成電能的效應。光伏效應是半導體電池實現光電轉換的理論基礎，也是光電器件工作的最重要的物理效應。因此，我們將來仔細分析一下pn結的光伏效應。太陽能電池光伏效應 光伏效應：當有適當波長的光照射到這個pn6設入射光垂直pn結面，光子將進入pn結區，甚至更深入到半導體內部。能量大于禁帶寬度的光子，被PN結吸收產生電子-空穴對。在光激發下多數載流子濃度改變較小，而少數載流子濃度卻變化很大，因此應主要研究光生少數載流子的運動。設入射光垂直pn結面，光子將進入pn結區，甚7

在pn結勢壘區的內建電場的作用下，ＰＮ結兩邊的光生少數載流子受該場的作用，各自向相反方向運動：p區的電子穿過p-n結進入n區；n區的空穴進入p區，使p端電勢升高，n端電勢降低，在p-n結兩端形成了光生電動勢，這就是p-n結的光生伏特效應。由于光照在p-n結兩端產生光生電動勢，相當于在p-n結兩端加正向電壓，使勢壘降低為，產生正向電流. 在pn結勢壘區的內建電場的作用下，ＰＮ結兩邊的光生少數載流8

在pn結開路的情況下，光生電流和正向電流相等時，p-n結兩端建立起穩定的電勢差Voc，（p區相對于n區是正的），這就是光電池的開路電壓。如將pn結與外電路接通，只要光照不停止，就會有源源不斷的電流通過電路，p-n結起了電源的作用。這就是光電池的基本原理。 在pn結開路的情況下，光生電流和正向電流相等時，p-n結兩9太陽能發電大致分三個過程：1、光子的吸收，激發產生電子－空穴。２、在內建電場作用下，載流子定向分布。３、電池板與外電路接觸形成通路電流，向外電路供電。太陽能發電大致分三個過程：1、光子的吸收，激發產生電子－10

由上面分析可以看出，為了使半導體光電器件產生光生電動勢（或光生積累電荷），它們應該滿足以下兩個條件：1、要求入射光子的能量h大于或等于半導體材料的帶隙Eg，使該入射光子能被半導體吸收而激發出光生非平衡的電子空穴對。2、具有光伏結構，即兩種晶格常數相近的半導體通過歐姆接觸形成PN結所對應的勢壘區。勢壘區的重要作用是分離了兩種不同電荷的光生非平衡載流子，產生電流。在p區內積累了非平衡空穴，而在n區內積累起非平衡電子。 由上面分析可以看出，為了使半導體光電器件產生光生電動勢（或11

除了上述pn結能產生光生伏特效應外，金屬-半導體形成的肖特基勢壘層等其它許多結構都能產生光生伏特效應。其電子過程和pn結相類似，都是使適當波長的光照射材料后在半導體的界面或表面產生光生載流子，在勢壘區電場的作用下，光生電子和空穴向相反的方向漂移從而互相分離，在器件兩端積累產生光生電壓。其他原因引起光伏效應除了上述pn結能產生光生伏特效應外，金12通常的發電系統如火力發電，就是燃燒石油或煤以其燃燒能來加熱水，使之變成蒸汽，推動發電機發電；原子能發電則是以核裂變放出的能量代替燃燒石油或煤，而水