隨著全球能源日趨緊張，太陽能成為新型能源得到了大力的開發(fā)，其中我們在生活中使用最多的就是太陽能電池了。太陽能電池是以半導(dǎo)體材料為主，利用光電材料吸收光能后發(fā)生光電轉(zhuǎn)換，使它產(chǎn)生電流，那么太陽能電池的工作原理是怎么樣的呢?太陽能電池是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。當(dāng)太陽光照射到半導(dǎo)體上時(shí)，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半導(dǎo)體吸收或透過。被吸收的光，當(dāng)然有一些變成熱，另一些光子則同組成半導(dǎo)體的原子價(jià)電子碰撞，于是產(chǎn)生電子—空穴對。這樣，光能就以產(chǎn)生電子—空穴對的形式轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?/p>本文引用地址：http://www.antipu.com.cn/article/175350.htm

一、太陽能電池的物理基礎(chǔ)

當(dāng)太陽光照射p-n結(jié)時(shí)，在半導(dǎo)體內(nèi)的電子由于獲得了光能而釋放電子，相應(yīng)地便產(chǎn)生了電　子——空穴對，并在勢壘電場的作用下，電子被驅(qū)向型區(qū)，空穴被驅(qū)向P型區(qū)，從而使凡區(qū)有過剩的　電子，P區(qū)有過剩的空穴。于是，就在p-n結(jié)的附近形成了與勢壘電場方向相反的光生電場。

如果半導(dǎo)體內(nèi)存在P—N結(jié)，則在P型和N型交界面兩邊形成勢壘電場，能將電子驅(qū)向N區(qū)，空穴驅(qū)向P區(qū)，從而使得N區(qū)有過剩的電子，P區(qū)有過剩的空穴，在P—N結(jié)附近形成與勢壘電場方向相反光的生電場。

制造太陽電池的半導(dǎo)體材料已知的有十幾種，因此太陽電池的種類也很多。目前，技術(shù)最成熟，并具有商業(yè)價(jià)值的太陽電池要算硅太陽電池。下面我們以硅太陽能電池為例，詳細(xì)介紹太陽能電池的工作原理。

1、本征半導(dǎo)體

物質(zhì)的導(dǎo)電性能決定于原子結(jié)構(gòu)。導(dǎo)體一般為低價(jià)元素，它們的最外層電子極易掙脫原子核的束縛成為自由電子，在外電場的作用下產(chǎn)生定向移動(dòng)，形成電流。高價(jià)元素(如惰性氣體)或高分子物質(zhì)(如橡膠)，它們的最外層電子受原子核束縛力很強(qiáng)，很難成為自由電子，所以導(dǎo)電性極差，成為絕緣體。常用的半導(dǎo)體材料硅(Si)和鍺(Ge)均為四價(jià)元素，它們的最外層電子既不像導(dǎo)體那么容易掙脫原子核的束縛，也不像絕緣體那樣被原子核束縛的那么緊，因而其導(dǎo)電性介于二者之間。

將純凈的半導(dǎo)體經(jīng)過一定的工藝過程制成單晶體， 即為本征半導(dǎo)體。晶體中的原子在空間形成排列整齊的點(diǎn)陣，相鄰的原子 形成共價(jià)鍵。

晶體中的共價(jià)鍵具有極強(qiáng)的結(jié)合力，因此，在常溫下，僅有極少數(shù)的價(jià)電子由于熱運(yùn)動(dòng)(熱激發(fā))獲得足夠的能量，從而掙脫共價(jià)鍵的束縛變成為自由電子。與此同時(shí)，在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空穴。原子因失掉一個(gè)價(jià)電子而帶正電，或者說空穴帶正電。在本征半導(dǎo)體中，自由電子與空穴是成對出現(xiàn)的，即自由電子與空穴數(shù)目相等。

自由電子在運(yùn)動(dòng)的過程中如果與空穴相遇就會(huì)填補(bǔ)空穴，使兩者同時(shí)消失，這種現(xiàn)象稱為復(fù)合。在一定的溫度下，本征激發(fā)所產(chǎn)生的自由電子與空穴對，與復(fù)合的自由電子和空穴對數(shù)目相等，故達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。

能帶理論：

1、單個(gè)原子中的電子在繞核運(yùn)動(dòng)時(shí)，在各個(gè)軌道上的電子都各自具有特定的能量;

2、越靠近核的軌道，電子能量越低;

3、根據(jù)能量最小原理電子總是優(yōu)先占有最低能級;

4、價(jià)電子所占據(jù)的能帶稱為價(jià)帶;

5、價(jià)帶的上面有一個(gè)禁帶，禁帶中不存在為電子所占據(jù)的能級;

6、禁帶之上則為導(dǎo)帶，導(dǎo)帶中的能級就是價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵束縛而成為自由電子所能占據(jù)的能級;

7、禁帶寬度用Eg表示，其值與半導(dǎo)體的材料及其所處的溫度等因素有關(guān)。T=300K時(shí)，硅的Eg=1.1eV;鍺的Eg=0.72eV。

2、雜質(zhì)半導(dǎo)體

雜質(zhì)半導(dǎo)體：通過擴(kuò)散工藝，在本征半導(dǎo)體中摻入少量雜質(zhì)元素，便可得到雜質(zhì)半導(dǎo)體。

按摻入的雜質(zhì)元素不用，可形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體;控制摻入雜質(zhì)元素的濃度，就可控制雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能。

N型半導(dǎo)體： 在純凈的硅晶體中摻入五價(jià)元素(如磷)，使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半導(dǎo)體。

由于雜質(zhì)原子的最外層有五個(gè)價(jià)電子，所以除了與其周圍硅原子形成共價(jià)鍵外，還多出一個(gè)電子。多出的電子不受共價(jià)鍵的束縛，成為自由電子。N型半導(dǎo)體中，自由電子的濃度大于空穴的濃度，故稱自由電子為多數(shù)載流子，空穴為少數(shù)載流子。由于雜質(zhì)原子可以提供電子，故稱之為施主原子。

P型半導(dǎo)體：在純凈的硅晶體中摻入三價(jià)元素(如硼)，使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了P型半導(dǎo)體。

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