太阳能电池的原理及制作<1>

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太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源.也是清洁能源,不产生任何的环境污染.在太阳能的有效利用当中;大阳能光电利用是近些年来发展最快,最具活力的研究领域,是其中最受瞩目的项目之一.
制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础,其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电转换反应,根据所用材料的不同,太阳能电池可分为:1、硅太阳能电池;2、以无机盐如砷化镓III-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池;3、功能高分子材料制备的大阳能电池;4、纳米晶太阳能电池等.
一、硅太阳能电池
1．硅太阳能电池工作原理与结构
太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应,一般的半导体主要结构如下:

图中,正电荷表示硅原子,负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子.
当硅晶体中掺入其他的杂质,如硼、磷等,当掺入硼时,硅晶体中就会存在着一个空穴,它的形成可以参照下图:

图中,正电荷表示硅原子,负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子.而黄色的表示掺入的硼原子,因为硼原子周围只有3个电子,所以就会产生入图所示的蓝色的空穴,这个空穴因为没有电子而变得很不稳定,容易吸收电子而中和,形成P(positive)型半导体.
同样,掺入磷原子以后,因为磷原子有五个电子,所以就会有一个电子变得非常活跃,形成N(negative)型半导体.黄色的为磷原子核,红色的为多余的电子.如下图.

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,这样,当P型和N型半导体结合在一起时,就会在接触面形成电势差,这就是PN结.

当P型和N型半导体结合在一起时,在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层),界面的P型一侧带负电,N型一侧带正电.这是由于P型半导体多空穴,N型半导体多自由电子,出现了浓度差.N区的电子会扩散到P区,P区的空穴会扩散到N区,一旦扩散就形成了一个由N指向P的“内电场”,从而阻止扩散进行.达到平衡后,就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差,这就是PN结.
当晶片受光后,PN结中,N型半导体的空穴往P型区移动,而P型区中的电子往N型区移动,从而形成从N型区到P型区的电流.然后在PN结中形成电势差,这就形成了电源.(如下图所示)


由于半导体不是电的良导体,电子在通过p-n结后如果在半导体中流动,电阻非常大,损耗也就非常大.但如果在上层全部涂上金属,阳光就不能通过,电流就不能产生,因此一般用金属网格覆盖p-n结(如图 梳状电极),以增加入射光的面积.
另外硅表面非常光亮,会反射掉大量的太阳光,不能被电池利用.为此,科学家们给它涂上了一层反射系数非常小的保护膜(如图),将反射损失减小到5%甚至更小.一个电池所能提供的电流和电压毕竟有限,于是人们又将很多电池(通常是36个)并联或串联起来使用,形成太阳能光电板.

[ 此贴被sbl在2009-08-20 09:55重新编辑 ]