太阳电池的发电原理与构造介绍

1. 太阳电池的发电原理

当光照射在半导体上时，不纯物中的电子被激励，由于带间激励，价带中的电子被激励而产生自由载流子，从而导致电气传导度增加的现象 (Photoconductive Effect)，这种现象称为光传导现象。

图3.1为用能带图表示的带间激励引起的光传导现象的示意图。当大于禁带宽(Band Gap) εg的能量的光(hω≥εg) 照射在半导体上时，由于带间迁移作用，价带中的电子被激励，而产生电子-空穴对，使电气传导度增加。

但是，当如图3.2所示的半导体中的内部电场E存在时，半导体受到光照射时便产生电子-空穴对，由光所产生的电子在导带中的电场的作用下向右侧运动，而价带中的空穴则向左侧运动，由于产生电荷载流子的分极作用，半导体的两侧产生电位差，这种现象称为光电效应 (Photovoltaic Effect)。

图3.1 带间激励引起的光传导现象

图3.2 光电效应

图3.3为单晶硅太阳电池的构造。实际的太阳电池是在P型硅的周围用扩散的方法形成较薄的N型层，并带有电极。

图3.4为单晶硅太阳电池受到光照射时产生载流子的情况，此图为PN结的放大图。当光照射时，由于内部电场的作用在接合部附近产生载流子。图中: Ln为电子的扩散距离，Lp为空穴的扩散距离，d为接合深度，W为迁移区。

图3.3 单晶硅太阳电池的构造(www.xing528.com)

图3.4 单晶硅太阳电池受到光照射时产生载流子的情况

图3.5为用能带图表示的载流子分极的情况。由图可知，光照射而产生的电子-空穴对由于迁移区内部电场的作用而左右漂移，在两端的电极聚集而产生光电压Vph，当太阳电池与负载连接时，P型硅的空穴，N型硅的电子流向负载便形成光电流Iph。

2. 太阳电池的构造

太阳电池的构造多种多样，一般的太阳电池的构造如图3.6所示。现在多使用由P型半导体与N型半导体组合而成的PN结 (PN Junction) 型太阳电池。主要由P型、N型半导体、电极、反射防止膜 (Antireflective Film) 等构成。

对于由两种不同的硅半导体 (N型与P型) 构成的硅太阳电池 (Silicon Solar Cell)，当太阳光照射时，太阳的光能被太阳电池吸收，产生空穴 ( +) 和电子( －)。空穴向P型半导体集结，而电子向N型半导体集结，当在太阳电池的表面和背后的电极之间接上负载时，便有电流流过。

图3.5 载流子分极的情况

图3.6 太阳电池的发电原理及构造