太陽(yáng)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(chēng)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(chēng)為價(jià)電子。
光伏
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(chēng)為空穴(帶正電),如圖1-4所示。自由電子和空穴都稱(chēng)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
光伏 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?chē)陌雽?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(chēng)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?chē)陌雽?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(chēng)為P型半導(dǎo)體。
無(wú)論N型或P型半導(dǎo)體都是中性的,對(duì)外不顯電性。
光伏
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(yáng)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(yáng)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(chēng)為“光生伏特效應(yīng)”或簡(jiǎn)稱(chēng)“光伏效應(yīng)”。