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深入浅出了解晶体硅电池发电原理
天天讨论光伏发电,你知道太阳能电池发电的原理吗?本文分别用文字形式,介绍了晶硅太阳能电池的发电原理。属于科普级别,非常通俗易懂。
太阳能电池发电原理
一、N型半导体与P型半导体
完全纯净的、具有晶体结构的半导体,称为本征半导体,原子之间形成共价键,其结构如图1-3所示。共价键中的两个电子,称为价电子。
图1:本征半导体结构图
价电子在获得一定能量(温度升高或受光照)后,即可挣脱原子核的束缚,成为自由电子(带负电),同时共价键中留下一个空位,称为空穴(带正电),如图1-4所示。自由电子和空穴都称为载流子,本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差。图2:价电子受激发后形成自由电子和空穴
在本征半导体中掺入微量的杂质(某种元素),形成杂质半导体,可使其导电性能大大增强。
掺入五价磷元素取代硅原子,磷原子外层的五个外层电子的其中四个与周围的半导体原子形成共价键,多出的一个电子几乎不受束缚,较为容易地成为自由电子。因此,掺杂后自由电子数目大量增加,自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式,称为N型半导体。

掺入三价硼元素取代硅原子,硼原子外层的三个外层电子与周围的半导体原子形成共价键的时候,会产生一个“空穴”。因此,掺杂后空穴数目大量增加,空穴导电成为这种半导体的主要导电方式,称为P型半导体。
无论N型或P型半导体都是中性的,对外不显电性。
图3-1a:N型半导体
图3-2b:P型半导体
N型半导体的电子是多子,空穴是少子;
P型半导体的空穴是多子,电子是少子。
二、“PN结”与“光生伏特效应”
PN结是由一个N型掺杂区和一个P型掺杂区紧密接触所构成的。在一块完整的硅片上,用不同的掺杂工艺使其一边形成N型半导体,另一边形成P型半导体,两种半导体的交界面附近的区域为PN结。太阳能电池的基本结构就是一个大面积平面PN结。
在太阳光照射到PN结上时,PN结吸收光能激发出电子和空穴,在PN结中产生电压,称为“光生伏特效应”或简称“光伏效应”。
图4:光伏发电原理