太阳能电池片科普系列——发电原理篇

2019-01-12 16:47 太阳能电池

 

  北极星太阳能光伏网讯:太阳能光伏发电大凡指能诈骗半导体直接将光能转换为电能的一种能源大局。晶硅类太阳能电池是最集体的一种大局,太阳能电池来源于1839年,法国贝克勒尔是第一个呈现了液态电解质的光生伏特气象的科学家。其大凡构造如图所示,正在基体硅中渗透棚原子自此,便会爆发空穴。同理,正在基体硅中掺入磷原子自此,因为磷原子比拟于硅原子,其最表层是拥有五个电子的额表组织,比拟于硅原子的四电子组织就会有多出来的一个电子变得尽头生动,叫做N型半导体。晶体硅太阳能电池片重假若用硅半导体原料行动基体例成较大面积的平面PN结,即正在规格约莫为15 cm×15 cm的P型硅片上经扩散炉扩散磷原子,扩散出一层很薄的源委重掺杂的N型层。然后经刻蚀达到PECVD正在通盘N型层表貌上镀上一层减反射膜用来删除太阳光的反射吃亏,抵达丝网正在扩散面印刷上金属栅线行动太阳能电池片的正面接触电极。正在刻蚀面印刷金属膜,行动太阳能电池片的后面欧姆接触电极,并烧结封装。

  当有具定能量的光子映照到太阳能电池片上时,会天生很多新的电子-空穴对。由于电池原料的一向接收导致入射光强一向减幼,以是沿着入射目标,电池片内部电子-空穴对的密度逐步减幼,正在浓度差的感化下电子-空穴对向着电池片内部做扩散运动。当电子-空穴对扩散抵达PN结规模时,会正在内修电场的感化下被拆分,空穴、电子受力从而被推向P区和N区,假设此时电道正处于开道的状况,那么这些光生电子和空穴就会分辨集聚正在P区和N 区方圆,P区便会取得附加正电荷,同理N区便会取得附加负电荷,P区与N区累积的正负电荷就会正在PN结上爆发光生电动势,若此时接通太阳能电池片的正负极就会酿成电流。此时PN结的内部就会酿成了由N区指向P区的光生电流爆发。

  当硅晶体中掺入硼时(如下图),负电荷显示缠绕正在硅原子旁边的四个电子。而黄色的显示掺入的硼原子,由于硼原子方圆只要三个电子,是以就会爆发入图所示的蓝色的空穴,这个空穴由于没有电子而变得很担心定容易接收电子而中和,酿成P型半导体。

  掺入磷原子自此(如上图),由于磷原子有五个电子,是以就会有一个电子变得尽头生动,酿成N型半导体。黄色代表掺入的磷原子,赤色代表多出来的电子。

  将一块P型半导体和N型半导体严密相接正在沿途,这种严密相接不行有罅隙,是一种原子半径标准上的严密相接。此时将正在N型半导体和P型半导体的维系面上酿成如下物理流程。值得提神的是太阳能电池片正在实际当中,是不或许实行P型和N型两品种型电池接触而酿成PN结的,由于没措施做到分子级别拼接,实质分娩流程中多为正在P型硅的底子上单面扩散造得N型。

  图中兰色幼圆为多子电子;赤色幼圆为多子空穴。N型半导体中的多子电子的浓度宏壮于P型半导体中少子电子的浓度;P型半导体中多子空穴的浓度宏壮于N型半导体中少子空穴的浓度。于是正在两种半导体的界面上会因载流子的浓度差发作了扩散运动,见上图。

  跟着扩散运动的实行,正在界面N区的一侧,跟着电子向P区的扩散,杂质造成正离子;正在界面P区的一侧,跟着空穴向N区的扩散,杂质造成负离子。杂质正在晶格中是不行挪动的,是以正在N型和P型半导体界面的N型区一侧会酿成正离子薄层;正在P型区一侧会酿成负离子薄层。这种离子薄层会酿成一个电场,目标是从N区指向P区,称为内电场,见下图。

  内电场的显现及内电场的目标会对扩散运动爆发挫折感化,限度了扩散运动的进一步发扬。正在半导体中还存正在少子,内电场的电场力会对少子爆发感化,促使少数载流子爆发漂移运动。

  咱们称从N区指向P区的内电场为PN结,浅易的形容为:N型半导体中含有较多的空穴,而P型半导体中含有较多的电子,云云,当P型和N型半导体维系正在沿途时,就会正在接触面酿成电势差,这便是PN结。

  电池组件受映照时,输出电功率与入射光功率之比称为电池组件的出力也称光电转换出力。

  守旧晶硅太阳能电池出力的表面极限为28.8%(此处不包罗硅基复合其他原料太阳能电池)

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