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锂电池百科

硅太阳能电池工作原理与结构

作者: GLIDA发表时间:2021-11-22 16:28:27浏览量:193

1.硅太阳能电池工作原理与结构太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应,一般的半导体主要结构如下:硅材料是一种半导体材料,太阳能电池发电的原理主要就是利用这种半导体的光电效应。一般半导体的分子结构是这样的:正电荷表示硅原子,负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。


一、硅太阳能电池


1.硅太阳能电池工作原理与结构


太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应,一般的半导体主要结构如下:



硅材料是一种半导体材料,太阳能电池发电的原理主要就是利用这种半导体的光电效应。一般半导体的分子结构是这样的:


正电荷表示硅原子,负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。



当硅晶体中掺入其他的杂质,如硼(黑色或银灰色固体,熔点2300℃,沸点3658℃,密度2.34克/厘米,硬度仅次于金刚石,在室温下较稳定,可与氮、碳、硅作用,高温下硼还与许多金属和金属氧化物反应,形成金属硼化物。这些化合物通常是高硬度、耐熔、高导电率和化学惰性的物质。)磷等,当掺入硼时,硅晶体中就会存在一个空穴,


它的形成可以参照下图说明:


正电荷表示硅原子,负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子,而黄色的表示掺入的硼原子,因为硼原子周围只有3个电子,所以就会产生如图所示的蓝色的空穴,这个空穴因为没有电子而变得很不稳定,容易吸收电子而中和,形成P(positive)型半导体。


(附,什么是P型半导体呢?在半导体材料硅或锗晶体中掺入三价元素杂质可构成缺壳粒的P型半导体,掺入五价元素杂质可构成多余壳粒的N型半导体。)



同样,掺入磷原子以后,因为磷原子有五个电子,所以就会有一个电子变得非常活跃,形成N(negative)型半导体。黄色的为磷原子核,红色的为多余的电子,



P型半导体中含有较多的空穴,而N型半导体中含有较多的电子,这样,当P型和N型半导体结合在一起时,就会在接触面形成电势差,这就是PN结。



当P型和N型半导体结合在一起时,在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层,界面的P型一侧带负电,N型一侧带正电。这是由于P型半导体多空穴,N型半导体多自由电子,出现了浓度差。P区的空穴会自发扩散到N区,N区的电子会自发扩散到P区,由于电子和空穴的相向,原来呈现电中性的P型半导体在界面附近就富集负电荷(由于一部分空穴扩散到N区去了),类似的,原来呈现电中性的N型半导体在界面附近就富集正电荷(由于一部分电子扩散到P区去了),这样就形成了一个有N指向P的“内电场”,从而阻止电子和空穴扩散的进行。达到平衡后,就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差,从而形成PN结。当晶片受光后,PN结中,N型半导体的空穴往P型区移动,而P型区中的电子往N型区移动,从而形成从N型区到P型区的电流。然后在PN结中形成电势差,这就形成了电源。



由于半导体不是电的良导体,电子在通过p-n结后如果在半导体中流动,电阻非常大,损耗也就非常大。但如果在上层全部涂上金属,阳光就不能通过,电流就不能产生,因此一般用金属网格覆盖p-n结(如图梳状电极),以增加入射光的面积。


另外硅表面非常光亮,会反射掉大量的太阳光,不能被电池利用。为此,科学家们给它涂上了一层反射系数非常小的保护膜,实际工业生产基本都是用化学气相沉积沉积一层氮化硅膜,厚度在1000埃左右。将反射损失减小到5%甚至更小。一个电池所能提供的电流和电压毕竟有限,于是人们又将很多电池(通常是36个)并联或串联起来使用,形成太阳能光电板。

2021-11-22 193人浏览

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