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太陽能電池片的發電原理


太陽能電池片的發電原理:
1)為獲取需要的材料,人們將某種雜質加到半導體材料中的過程叫摻雜.
2)把5個價電子磷摻雜到純凈的硅晶格后,多出1個自由電子,約0.04eV的能量,從而產生電子導電運動,同時磷原子缺少1個電子而變成帶正電的磷離子,由于磷離子在晶體中起放電作用,所以把5價磷稱為施主型雜質,也叫做N雜質.
3)把3個價電子硼摻雜到純凈的硅晶格后,少出1個自由電子,所以要從硅原子價鍵中獲取1個電子來填充,同時硅原子產生1個空穴,而變成帶負電.所以把3價硼稱為受主型雜質,也叫做P雜質.用于太陽能電池的半導體材料是一種介于導體和絕緣體之間的特殊物質,和任何物質的原子一樣,半導體的原子也是由帶正電的原子核和帶負電的電子組成,半導體硅原子的外層有4個電子,按固定軌道圍繞原子核轉動.當受到外來能量的作用時,這些電子就會脫離軌道而成為自由電子,并在原來的位置上留下一個"空穴",在純凈的硅晶體中,自由電子和空穴的數目是相等的.如果在硅晶體中摻入硼,鎵等元素,由于這些元素能夠俘獲電子,它就成了空穴型半導體,通常用符號P表示;如果摻入能夠釋放電子的磷,砷等元素,它就成了電子型半導體,以符號N代表.若把這兩種半導體結合,交界面便形成一個P-N結.太陽能電池的P-N結就像一堵墻,阻礙著電子和空穴的移動.當太陽能電池受到陽光照射時,電子接受光能,向N型區移動,使N型區帶負電,同時空穴向P型區移動,使P型區帶正電.這樣,在P-N結兩端便產生了電動勢,也就是通常所說的電壓.這種現象就是上面所說的"光生伏打效應".能產生光伏效應的材料有許多種,如:單晶硅,多晶硅,非晶硅,砷化鎵,硒銦銅等.它們的發電原理基本相同,現已晶體硅為例描述光發電過程.當光線照射太陽電池表面時,一部分光子被硅材料吸收;光子的能量傳遞給了硅原子,使電子發生了越遷,成為自由電子在P-N結兩側集聚形成了電位差,當外部接通電路時,在該電壓的作用下,將會有電流流過外部電路產生一定的輸出功率.這個過程的實質是:光子能量轉換成電能的過程。

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