太阳能电池基本原理

太阳能电池发电原理——光伏效应传统电池是一种通过反应将化学能转化为电能的装置。传统电池即一种化学电源，它由两种电化学活性电极和电解质组成，通过转换内部的化学能来供能，能量储存很有限。化学电池可以分成两个基本类型：原电池与蓄电池。原电池制成后即可以产生电流，但在放电完毕即被废弃。蓄电池又称为二次电池，可以多次使用。蓄电池充电时，电能转换成化学能；放电时，化学能转换成电能。传统电池与太阳能电池原理区别太阳能电池是光能转换为电能的器件。太阳光照在半导体p-n结上，产生新的电子-空穴对，在p-n结电场的作用下，空穴由p区流向n区，电子由n区流向p区，接通电路就形成电流。太阳能电池是一种物理性质的电源，而传统电池是一种化学性质的电源！太阳能电池主要由太阳能电池板，充电控制器，蓄电池，逆变器等部件组成。而太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳能转化为电能，送往蓄电池中存储起来。太阳能电池板的基本结构是PN结.•太阳能电池PN结的形成多子的扩散运动内电场少子的漂移运动浓度差P型半导体N型半导体内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。扩散的结果使空间电荷区变宽。多数载流子的扩散和少数载流子的漂流达到动态平衡，形成稳定的PN结！－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－形成空间电荷区太阳能电池光伏效应•光伏效应：当有适当波长的光照射到这个pn结太阳能电池时，在内建电场的作用，光能直接转化成电能的效应。光伏效应是半导体电池实现光电转换的理论基础，也是光电器件工作的最重要的物理效应。因此，我们将来仔细分析一下pn结的光伏效应。设入射光垂直pn结面，光子将进入pn结区，甚至更深入到半导体内部。能量大于禁带宽度的光子，被PN结吸收产生电子-空穴对。在光激发下多数载流子浓度改变较小，而少数载流子浓度却变化很大，因此应主要研究光生少数载流子的运动。在pn结势垒区的内建电场的作用下，ＰＮ结两边的光生少数载流子受该场的作用，各自向相反方向运动：p区的电子穿过p-n结进入n区；n区的空穴进入p区，使p端电势升高，n端电势降低，在p-n结两端形成了光生电动势，这就是p-n结的光生伏特效应。由于光照在p-n结两端产生光生电动势，相当于在p-n结两端加正向电压，使势垒降低为，产生正向电流.在pn结开路的情况下，光生电流和正向电流相等时，p-n结两端建立起稳定的电势差Voc，（p区相对于n区是正的），这就是光电池的开路电压。如将pn结与外电路接通，只要光照不停止，就会有源源不断的电流通过电路，p-n结起了电源的作用。这就是光电池的基本原理。太阳能发电大致分三个过程：1、光子的吸收，激发产生电子－空穴。２、在内建电场作用下，载流子定向分布。３、电池板与外电路接触形成通路电流，向外电路供电。由上面分析可以看出，为了使半导体光电器件产生光生电动势（或光生积累电荷），它们应该满足以下两个条件：1、要求入射光子的能量h大于或等于半导体材料的带隙Eg，使该入射光子能被半导体吸收而激发出光生非平衡的电子空穴对。2、具有光伏结构，即两种晶格常数相近的半导体通过欧姆接触形成PN结所对应的势垒区。势垒区的重要作用是分离了两种不同电荷的光生非平衡载流子，产生电流。在p区内积累了非平衡空穴，而在n区内积累起非平衡电子。除了上述pn结能产生光生伏特效应外，金属-半导体形成的肖特基势垒层等其它许多结构都能产生光生伏特效应。其电子过程和pn结相类似，都是使适当波长的光照射材料后在半导体的界面或表面产生光生载流子，在势垒区电场的作用下，光生电子和空穴向相反的方向漂移从而互相分离，在器件两端积累产生光生电压。其他原因引起光伏效应通常的发电系统如火力发电，就是燃烧石油或煤以其燃烧能来加热水，使之变成蒸汽，推动发电机发电；原子能发电则是以核裂变放出的能量代替燃烧石油或煤，而水力发电则是利用水的落差能使发电机旋转而发电。太阳能电池发电的原理是全新的，与传统方法是完全不同，既没有马达旋转部分，也不会排出气体，是清洁无污染的发电方式太阳能电池发电原理的优势：