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1、太阳能电池工作原理的基础 是半导体PN结的光生伏打效应 所谓光生伏打效应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 照射半导体的PN结时，就会在PN结的两边出现电压，叫做光生 电压。光生伏打效应：当光照射到pn结上时，产生电子-空穴对，在半导体内部P-N 结附近生成的载流子没有被复合而到达空间电荷区，受内部电场 的吸引，电子流入n区，空穴流入p区，结果使n区储存了过剩 的电子，p区有过剩的空穴。它们在p-n结附近形成与势垒方向相 反的光生电场。光生电场除了部分抵消势垒电场的作用外，还使 p区带正电，N区带负电，在N区和P区之间的薄层就产生
2、电动 势，这就是光生伏特效应。当把能量加到纯硅中时（比如以热的形式），它会导致几个电 子脱离其共价键并离开原子。每有一个电子离开，就会留下一个 空穴。然后,这些电子会在晶格周围四处游荡，寻找另一个空穴 来安身。这些电子被称为 白由载流子，它们可以运载电流。将纯 硅与磷原子混合起来，只需很少的能景即可使磷原子（最外层五个电子）的某个“多余”的电子逸山，当利用 磷原子掺杂时，得到 的硅被成为 N型（“n”表示负电），太阳能电池只有一部分是 N 型。另一部分硅掺杂的是硼、硼的最外电子层只有三个而不是四 个电子、这样可得到 P型硅。P型硅中没有自由电子（“D”表示 正电），但是有白由空穴。空穴实际是电
3、子离开造成的，因此它们带有相反（正）的电荷。它们像电子一样四处移动。电场是在 N型硅和P型硅接触的时候形成的。 在交界处，它们确实会混合形 成一道屏障，使得N侧的电子越来越难以抵达 P侧。最终会达到 平衡状态，这样我们就有了一个将两侧分开的电场。°+ + + + + + + + +0i5如或 H-fiw Muff Htork*ON型硅0 p型硅这个电场相当于一个二极管，允许（甚至推动）电子从 P侧 流向N侧，而不是相反。当光以光子的形式撞击太阳能电池时，其能量会使电子空穴 对释放出来。每个携带足够能量的光子通常会正好释放一个电子，从而产 生一个白由的空穴。如果这发生在离电场足够近的位
4、置，或者白 由电子和白由空穴正好在它的影响范围之内，则电场会将电子送到N侧，将空穴送到P侧。这会导致电中性进一步被破坏，如果 我们提供一个外部电流通路，则电子会经过该通路，流向它们的 原始侧（P侧），在那里与电场发送的空穴合并，并在流动的过程 中做功。ON型硅QP型硅负载只有达到一定的能量单位为电子伏特（eV）,由电池材料（对于晶体硅，约为1.1eV）决定才能使电子逸出。我们将这个能量值称为材料的 带隙能量。如果光子的能量比所需的能量多， 则多余的能量会损失掉。在电池顶部采用抗反射涂层，减少硅的反射损失玻璃盖板杭廓擀层搂触网Q N型硅Q p型硅G背部接触面一种提高效率的方法是使用两层或者多层具有不同带隙的不同材料。市隙较局的材料放在表面，吸收较局能量的光子；而市隙较低的材料放在下方，吸收较低能量的光子。这项技术可大大提高效率。这样的电池称为多接面电池，它们可以有多个电场。如果将外电路短路，则外电路中就有与入射光能量成正比的光电流流过，这个电流称作短路电流，另一方面，若将PN结两端开路， 则由于电子和空穴分别流入 N区和P区，使N区的费米能级比P区 的费米能级高，在这两个费米能级之间就产生了电位差。 可以测得这 个值，并称为开路电压。由于此时p-n结处于正向偏置，因此，上述 短路光电流和二极管的正向电流相等，并由此可以决定电位差的值。