【深入淺出】晶體硅電池發(fā)電原理

　　天天討論光伏發(fā)電，你知道太陽能電池發(fā)電的原理嗎？本文分別用文字形式，介紹了晶硅太陽能電池的發(fā)電原理。屬于科普級(jí)別，非常通俗易懂。

　　太陽能電池發(fā)電原理

　　一、N型半導(dǎo)體與P型半導(dǎo)體

　　完全純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，稱為本征半導(dǎo)體，原子之間形成共價(jià)鍵，其結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子，稱為價(jià)電子。

　　圖1：本征半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)圖

　　價(jià)電子在獲得一定能量（溫度升高或受光照）后，即可掙脫原子核的束縛，成為自由電子（帶負(fù)電），同時(shí)共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，稱為空穴（帶正電），如圖1-4所示。自由電子和空穴都稱為載流子，本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)目極少，其導(dǎo)電性能很差。圖2：價(jià)電子受激發(fā)后形成自由電子和空穴

　　在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)（某種元素），形成雜質(zhì)半導(dǎo)體，可使其導(dǎo)電性能大大增強(qiáng)。

　　摻入五價(jià)磷元素取代硅原子，磷原子外層的五個(gè)外層電子的其中四個(gè)與周圍的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵，多出的一個(gè)電子幾乎不受束縛，較為容易地成為自由電子。因此，摻雜后自由電子數(shù)目大量增加，自由電子導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為N型半導(dǎo)體。

　　摻入三價(jià)硼元素取代硅原子，硼原子外層的三個(gè)外層電子與周圍的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)“空穴”。因此，摻雜后空穴數(shù)目大量增加，空穴導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為P型半導(dǎo)體。

　　無論N型或P型半導(dǎo)體都是中性的，對(duì)外不顯電性。

　　圖3-1a：N型半導(dǎo)體

　　圖3-2b：P型半導(dǎo)體

　　N型半導(dǎo)體的電子是多子，空穴是少子；

　　P型半導(dǎo)體的空穴是多子，電子是少子。

　　二、“PN結(jié)”與“光生伏特效應(yīng)”

　　PN結(jié)是由一個(gè)N型摻雜區(qū)和一個(gè)P型摻雜區(qū)緊密接觸所構(gòu)成的。在一塊完整的硅片上，用不同的摻雜工藝使其一邊形成N型半導(dǎo)體，另一邊形成P型半導(dǎo)體，兩種半導(dǎo)體的交界面附近的區(qū)域?yàn)镻N結(jié)。太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)就是一個(gè)大面積平面PN結(jié)。

　　在太陽光照射到PN結(jié)上時(shí)，PN結(jié)吸收光能激發(fā)出電子和空穴，在PN結(jié)中產(chǎn)生電壓，稱為“光生伏特效應(yīng)”或簡(jiǎn)稱“光伏效應(yīng)”。

　　圖4：光伏發(fā)電原理