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太阳能发电原理

点击:1151 日期:2015-08-22 选择字号:
当光照射到半导体上时,光子将能量提供给电子,电子将跃迁到更高的能态,
在这些电子中,作为实际使用的光电器件里可利用的电子有:
(1)价带电子;
(2)自由电子或空穴(Free Carrier);
(3)存在于杂质能级上的电子。
太阳电池可利用的电子主要是价带电子。由价带电子得到光的能量跃迁到导带的过程决定的光的吸收称为本征或固有吸收。
太阳电池能量转换的基础是结的光生伏特效应。当光照射到pn结上时,产生电子一空穴对,在半导体内部结附近生成的载流子没有被复合而到达空间电荷区,受内建电场的吸引,电子流入n区,空穴流入p区,结果使n区储存了过剩的电子,p区有过剩的空穴。它们在pn结附近形成与势垒方向相反的光生电场。光生电场除了部分抵消势垒电场的作用外,还使p区带正电,N区带负电,在N区和P区之间的薄层就产生电动势,这就是光生伏特效应。此时,如果将外电路短路,则外电路中就有与入射光能量成正比的光电流流过,这个电流称作短路电流,另一方面,若将PN结两端开路,则由于电子和空穴分别流入N区和P区,使N区的费米能级比P区的费米能级高,在这两个费米能级之间就产生了电位差VOC。可以测得这个值,并称为开路电压。由于此时结处于正向偏置,因此,上述短路光电流和二极管的正向电流相等,并由此可以决定VOC的值。
太阳电池是将太阳能直接转换成电能的器件。它的基本构造是由半导体的PN结组成。此外,异质结、肖特基势垒等也可以得到较好的光电转换效率。