詳細分析太陽能電池技術（上）
光伏產業網訊
發布日期：2018-09-13
核心提示：
詳細分析太陽能電池技術
太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源。也是清潔能源，不產生任何的環境污染。在太陽能的有效利用當中，大陽能光電利用是近些年來發展最快，最具活力的研究領域，是其中最受矚目的項目之一。
太陽能電池的工作原理基礎是半導體p-n結的“光生伏打”效應。所謂光生伏打效應，簡單地說，就是當物體受到光照時，其體內的電荷分布狀態發生變化而產生電動勢和電流的一種效應。
太陽能是一種輻射能，它必須借助予能量轉換器才能變換成為電能。這個把太陽能（或其他光能）變換成電能的能量轉換器，就叫做太陽能電池。
太陽能電池的基本工作原理
當太陽光或其他光照射半導體的PN結時，產生電子--空穴對，在半導體內部P-N結附近生成的載流子沒有被復合而到達空間電荷區，受內部電場的吸引，電子流入n區，空穴流入p區，結果使n區儲存了過剩的電子，p區有過剩的空穴。它們在p-n結附近形成與勢壘方向相反的光生電場。
光生電場除了部分抵消勢壘電場的作用外，還使p區帶正電，n區帶負電，在n區和p區之間的薄層就產生電動勢，這就是光生伏特效應。當把能量加到純硅中時（比如以熱的形式），它會導致幾個電子脫離其共價鍵并離開原子。
每有一個電子離開，就會留下一個空穴。然后，這些電子會在晶格周圍四處游蕩，尋找另一個空穴來安身。這些電子被稱為自由載流子，它們可以運載電流。
這個電場相當于一個二極管，允許（甚至推動）電子從p側流向n側，而不是相反。當光以光子的形式撞擊太陽能電池時，其能量會使電子空穴對釋放出來。每個攜帶足夠能量的光子通常會正好釋放一個電子，從而產生一個自由的空穴。
如果這發生在離電場足夠近的位置，或者自由電子和自由空穴正好在它的影響范圍之內，則電場會將電子送到N側，將空穴送到P側。這會導致電中性進一步被破壞，如果我們提供一個外部電流通路，則電子會經過該通路，流向它們的原始側（P側），在那里與電場發送的空穴合并，并在流動的過程中做功。從而形成從N型區到P型區的電流。然后在PN結中形成電勢差，這就形成了電源。
由于半導體不是電的良導體，電子在通過p－n結后如果在半導體中流動，電阻非常大，損耗也就非常大。但如果在上層全部涂上金屬，陽光就不能通過，電流就不能產生，因此一般用金屬網格覆蓋p－n結（如圖梳狀電極），以增加入射光的面積。
另外硅表面非常光亮，會反射掉大量的太陽光，不能被電池利用。為此，科學家們給它涂上了一層反射系數非常小的保護膜，將反射損失減小到5％甚至更小。一個電池所能提供的電流和電壓畢竟有限，于是人們又將很多電池并聯或串聯起來使用，形成太陽能光電板。
由于半導體不是電的良導體，電子在通過p－n結后如果在半導體中流動，電阻非常大，損耗也就非常大。但如果在上層全部涂上金屬，陽光就不能通過，電流就不能產生，因此一般用金屬網格覆蓋p－n結（如圖梳狀電極），以增加入射光的面積。
另外硅表面非常光亮，會反射掉大量的太陽光，不能被電池利用。為此，科學家們給它涂上了一層反射系數非常小的保護膜，將反射損失減小到5％甚至更小。一個電池所能提供的電流和電壓畢竟有限，于是人們又將很多電池并聯或串聯起來使用，形成太陽能光電板。
太陽能電池發電是根據特定材料的光電性質制成的。黑體（如太陽）輻射出不同波長（對應于不同頻率）的電磁波，如紅外線、紫外線、可見光等等。當這些射線照射在不同導體或半導體上，光子與導體或半導體中的自由電子作用產生電流。
射線的波長越短，頻率越高，所具有的能量就越高，例如紫外線所具有的能量要遠遠高于紅外線。但是并非所有波長的射線的能量都能轉化為電能，值得注意的是光電效應于射線的強度大小無關，只有頻率達到或超越可產生光電效應的閾值時，電流才能產生。
太陽電池發電是一種可再生的環保發電方式，發電過程中不會產生二氧化碳等溫室氣體，不會對環境造成污染。