太阳能电池工作原理简介.pdf

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1、万方数据2009年9月灯与照明第33卷第3期太阳能电池工作原理简介张帅(鲁东大学交通学院，山东烟台264025)摘要：当太阳光照射p-n结时，在半导体内的电子由于获得了光能而释放电子，相应地便产生了电子——空穴对，并在势垒电场的作用下，电子被驱向rt型区，空穴被驱向P型区，从而使rt区有过剩的电子，P区有过剩的空穴。于是，就在p-n结的附近形成了与势垒电场方向相反的光生电场。关键词：太阳能；光伏发电；半导体；电池IntroductionofSolarCellsWorkZhangShuai(Colleg

2、eofTransportation，LudongUniversity，Yantai264025，China)Abstract：Whenthesunlightwhenthep-njunction，inthesemiconductorelectronicaccesstothelightasaresultofthereleaseofe一，havegivenrisetoacorrespondinge·holepairs．Electricfieldinthebarrierunder，e—tobeexpelled

3、tothen—typearea，holetobeexpelledtothep-typearea，SOthatthereareexcessne，Pal'-eaoftheholeexcess．Thus，inthep-njunctionnearthebarrierelectricfieldwithoppositedirectionofthephotovohaicfield．Keywords：solarenergy；photovoltaicpowergeneration；semiconductor；batte

4、ryO引言太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。太阳能发电有两种方式，一种是光一热一电转换方式，另一种是光一电直接转换方式。其中，光一电直接转换方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光一电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点。太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染；太阳能电池可以大中小并举，大到百万千瓦的中型电站，小到1

5、只供一户用的太阳能电池组，这是其他电源无法比拟的。笔者将对太阳能电池光一电转换工作原理进行简单介绍。1太阳能光伏发电和太阳能光伏发电系统运行方式1．1太阳能光伏发电通过太阳能电池(又称光伏电池)将太阳辐射能转换为电能的发电系统称为太阳能电池发电系统(又称太阳能光伏发电系统)。太阳能光伏发电是目前工程上广泛使用的光电能转换器件。晶体硅太阳能电池，生产工艺技术成熟，已进人大规模产业化生产。1．2太阳能光伏发电系统的运行方式太阳能光伏发电系统的运行方式主要可分为离网运行和联网运行两大类。未与公共电网相连接的

6、太阳能光伏发电系统称为离网太阳能光伏发电系统，又称为独立太阳能光伏发电系统。而与公共电网相连接的太阳能光伏发电收稿日期：2009-05-05基金项目：鲁东大学“大学生科技创新基金立项”(08L011)。作者简介：张帅(1986一)，男，本科，机械设计制造及其自动化专业。E—mail：062814049@163．eom·49·万方数据2009年9月灯与照明第33卷第3期系统称为联网太阳能光伏发电系统。它是太阳能光伏发电进入大规模商业化发电阶段，成为电力工业组成部分之一的重要方向，是当今世界太阳能光伏发电

7、技术发展的主流趋势。2太阳能电池的工作原理2．1太阳能电池的工作原理基础太阳能电池的工作原理基础是：半导体P—n结的光生伏打效应。所谓光生伏打效应，简言之，就是当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。当太阳光或其他光照射半导体P—n结时，就会在P—n结的两边出现电压，叫光生电压。使P．n结短路，就会产生电流。单晶硅的原子是按照一定的规律排列的。硅原子的外层电子壳层中有4个电子，如图1所示。图1硅原子结构图每个原子的外层电子都有固定的位置，并受原子核的约束。它们在外来

8、能量的激发下，如在太阳光辐射时，就会摆脱原子核的束缚而成为自由电子，并同时在它原来的地方留出一个空位，即半导体物理学中所谓的“空穴”。由于电子带负电，空穴就表现为带正电。电子和空穴就是单晶硅中可以运动的电荷。在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。如果在晶体硅中掺人能够俘获电子的硼、铝、镓或铟等杂质元素，那么它就成为空穴型半导体，简称P型半导体。如果有硅晶体中掺入能够释放电子的磷、砷或锑等杂质元素，那么它就成了电子型的半导体，简称n型半导体。若把