【深入浅出】晶体硅电池发电原理
晶硅太阳能电池的工作原理
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光生伏打效应
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电动势，这就是 光生伏打效应。 如果将P-N结两端开路，可以测得这个电动势，称之为开 路电压Uoc。对晶体硅电池来说，开路电压的典型值为0.5～ 0.6V。 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，这个电流称为短路电流Isc。
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PN节的介绍
光生伏打效应
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晶硅太阳能电池工作原理
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PN节介绍
N型半导体： 在纯净的硅晶体中掺入五 价元素（如磷），使之取代晶格中硅原 子的位置，就形成了N型半导体。
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PN节介绍
P型半导体：在纯净的硅晶体 中掺入三价元素（如硼），使 之取代晶格中硅原子的位置， 就形成了P型半导体。
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PN节介绍 PN结：采用不同的掺杂工艺，将P 型半导体与N型半导体制作在同一 块硅片上，在它们的交界面就形成 PN结。
光生伏打效应 2 1、光生伏打效应 : 太阳能电池能量转换的基础是半导体PN结 的光生伏打效应。 当光照射到半导体光伏器件上时，能量大 于硅禁带宽度的光子穿过减反射膜进入硅 中，在N区、耗尽区和P区中激发出光生电 子--空穴对。 耗尽区：光生电子--空穴对在耗尽区中产 生后，立即被内建电场分离，光生电子被 送进N区，光生空穴则被推进P区
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晶硅太阳能电池工作原理 晶硅内存在P—N结，在P型和N型交界面两边形成势垒电场，能将 电子驱向N区，空穴驱P—N结附近形成与势垒电场方向相反的光生电场。
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晶硅太阳能电池工作原理 若分别在P型层和N型层焊上金属引线，接通负载，则外电路便 有电流通过。如此形成的一个个电池元件，把它们串联、并联 起来，就能产生一定的电压和电流，输出功率。
晶硅太阳能电池工作原理
晶硅太阳能电池工作原理
晶硅太阳能电池是一种光电转换装置，利用太阳光的能量直接转化成电能。
具体的工作原理如下：
1. 光吸收：太阳光中的光子进入到晶硅电池中，经过材料的光吸收层，光子能量被吸收。
2. 光生电荷的产生：光子的能量激发了材料中的电子，使其从价带跃迁到导带，形成电荷对（一个正电子和一个负电子空穴）。
3. 电荷分离：电荷对在电场的作用下被分离，正电子向电池的正极移动，负电子向电池的负极移动。
4. 电流输出：正电子和负电子的运动形成了电流，可以通过导线连接器来输出电能供应给外部电路使用。
5. 光子再生：涉及到材料的光子能量的损失或再生，如透射、散射或再吸收过程。
需要注意的是，晶硅太阳能电池的工作原理基于半导体材料的特性，光吸收层一般由p-n结构的硅片构成。
此外，电池的电流输出和电压的大小与光照强度、温度、阴影等环境因素也有关联。
硅发电原理
硅发电原理
硅发电原理是基于光伏效应，即光能转化为电能的现象。
硅是一种半导体材料，当光线照射到硅中时，光子会给硅中的原子提供能量。
在硅中，有两种类型的载流子：正电荷的空穴和负电荷的电子。
在正常情况下，硅中的电子和空穴是平衡的，即正负电荷数量相等。
当光线照射到硅中时，光子的能量会被硅中的原子吸收。
吸收光子的原子中的电子会被激发到一个高能态，从而形成自由电子和空穴。
由于能量差异，激发的电子会往较低能级的原子跃迁，形成电流。
这个电流即为光伏电流，也就是利用光能产生的电流。
为了收集和利用这种电流，硅发电器件通常由p型（正性材料）和n型（负性材料）硅组成的p-n结构。
当光线照射到p-n结
构上时，电子会跃迁到n型硅，而空穴则会跃迁到p型硅。
这种跃迁会导致p-n结构两端形成电势差，即电压。
当将两端
连接外部电路时，由于电压差，光伏电流会在电路中流动，从而为外部设备供应电能。
总结来说，硅发电原理就是利用光线的能量使硅中的电子跃迁形成电流，进而产生电能。
这种原理是太阳能光伏发电的基础。
晶体硅太阳电池工作示意图
晶体硅太阳电池工作原理及示意图太阳辐射能光子转变为电能的过程，叫“光生伏打效应”，人们把能产生“光生伏打效应”的器件称为“光伏器件”；因为半导体P-N结器件在阳光下的光电转换效率最高，所以通常把这类光伏器件称为“太阳电池”。
晶体硅太阳电池是指：单晶硅片为基体的单晶硅太阳电池与多晶硅晶片为基体的多晶硅太阳电池的总称。
晶体硅太阳电池是具有P-N结结构的半导体器件。
太阳电池吸收太阳光能后，激发产生电子、空穴对，电子、空穴对被半导体内部P-N结自建电场分开，电子流入n区，空穴流入p区，形成光生电场。
将晶体硅太阳电池的正、负电极与外接电路连接，外接电路中就有光生电流流过。
制造太阳电池的半导体材料已知的有十几种，因此太阳电池的种类也很多；目前技术最成熟，并最具有商业价值的太阳电池要算晶体硅太阳电池，即单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池的统称，商品化太阳电池市场80%是晶体硅太阳电池。
太阳电池发电直接利用取之不竭、无处不有的太阳能，不消耗工质、不排放废物、无转动、无噪声，是一种理想的清洁安全新能源。
使用上具有结构简单、易安装、建设周期短，维护简便甚至免维护，应用范围广等优点。
通常将多个太阳电池片串、并联成一定电性能的太阳电池串，封装成具有机械强度的太阳电池组件。
太阳电池方阵是太阳电池的组合体，将多个组件固定在支架上，用导线连在一起，产生系统所需的电压和电流。
全太阳能发电系统原理太阳能发电系统原理太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。
如输出电源为交流220V或110V，还需要配置逆变器。
各部分的作用为：（一）太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。
其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。
（二）太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。
在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。
晶硅光伏电池工作原理
太阳能电池发电原理：太阳能电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。
能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。
它们的发电原理基本相同，现以晶体为例描述光发电过程。
P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P－N结。
当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P－N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。
这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。
晶体硅太阳能电池的制作过程：“硅”是我们这个星球上储藏最丰量的材料之一。
自从19世纪科学家们发现了晶体硅的半导体特性后，它几乎改变了一切，甚至人类的思维。
20世纪末，我们的生活中处处可见“硅”的身影和作用，晶体硅太阳能电池是近15年来形成产业化最快的。
生产过程大致可分为五个步骤：a、提纯过程 b、拉棒过程 c、切片过程 d、制电池过程 e、封装过程。
太阳能电池的应用：上世纪60年代，科学家们就已经将太阳电池应用于空间技术——通信卫星供电，上世纪末，在人类不断自我反省的过程中，对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加亲切，不仅在空间应用，在众多领域中也大显身手。
如：太阳能庭院灯、太阳能发电户用系统、村寨供电的独立系统、光伏水泵（饮水或灌溉）、通信电源、石油输油管道阴极保护、光缆通信泵站电源、海水淡化系统、城镇中路标、高速公路路标等。
欧美等先进国家将光伏发电并入城市用电系统及边远地区自然界村落供电系统纳入发展方向。
太阳电池与建筑系统的结合已经形成产业化趋势一、太阳电池及光伏发电原理早在1839年，法国科学家贝克雷尔(Becqurel)就发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。
这种现象后来被称为“光生伏打效应”，简称“光伏效应”。
1954年，美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳电池，诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术。
硅光电池原理
硅光电池原理硅光电池是利用半导体材料的光电转换原理制成的太阳能电池，其主要成分是纯度高达99.999%的硅晶体。
硅晶体在受到光照下会产生能量传导的效应，从而转换为电流输出。
硅光电池的结构由p型和n型硅组成的p-n结构的太阳能电池。
p型硅和n型硅的本征半导体浓度不同，故在两种材料接触的地方形成一个pn结。
在这个结点区域中，p区的材料富余正离子，n区的材料富余负离子。
当硅光电池受到光照后，光子的能量会使得硅中的电子受激发而离开原来的位置，从而产生了电子空穴对。
在p-n结区域，受光子激发的电子在电场力的作用下会向n型硅离开p-n结，空穴反之。
这样，p-n结上面的电子和空穴的流动形成了一个电池的正负极，产生了电流和电压输出。
这种构成的太阳能电池是硅太阳能电池。
硅光电池中的输出功率密度是指在单位面积上输出电能的能量。
这个值可以通过将硅光电池的输出电压和输出电流相乘来获得。
硅光电池的输出功率密度与光电转换效率和太阳能电池的面积有关。
提高硅光电池的输出功率密度需要提高其光电转换效率或扩大太阳能电池的面积。
硅光电池是利用半导体材料的光电转换原理制成的太阳能电池。
硅光电池的机理是通过在p-n结区域中产生电子-空穴对，使得硅太阳能电池可以产生电流和电压输出。
硅光电池的光电转换效率和输出功率密度是两个关键性能指标，这些指标取决于许多因素，包括光照强度，温度和制造工艺等。
硅光电池是当前最为广泛应用的太阳能电池，其广泛应用是因为硅材料的独特性能。
硅材料的晶体结构为直接半导体，具有很好的光谱响应特性，同时还具有优良的电特性和化学稳定性。
与其他太阳能电池相比，硅光电池有许多优势，包括成本低廉、长期稳定性好、可靠性高以及容易大规模生产等。
硅光电池是目前最主要的太阳能电池之一，已经在许多国家和地区被广泛应用于太阳能发电场、太阳能家电和太阳能充电器等领域。
硅光电池的性能因素主要包括硅材料的质量、太阳辐射、温度、制造工艺和光谱响应等因素。
单晶硅、多晶硅、非晶硅、薄膜太阳能电池的工作原理及区别1讲课讲稿
单晶硅、多晶硅、非晶硅、薄膜太阳能电池的工作原理及区别1单晶硅、多晶硅、非晶硅、薄膜太阳能电池的工作原理及区别硅太阳能电池的外形及基本结构如图1。
其中基本材料为P型单晶硅，厚度为0.3—0.5mm左右。
上表面为N+型区，构成一个PN＋结。
顶区表面有栅状金属电极，硅片背面为金属底电极。
上下电极分别与N＋区和P区形成欧姆接触，整个上表面还均匀覆盖着减反射膜。
当入发射光照在电池表面时，光子穿过减反射膜进入硅中，能量大于硅禁带宽度的光子在N+区，PN＋结空间电荷区和P区中激发出光生电子——空穴对。
各区中的光生载流子如果在复合前能越过耗尽区，就对发光电压作出贡献。
光生电子留于N＋区，光生空穴留于P区，在PN＋结的两侧形成正负电荷的积累，产生光生电压，此为光生伏打效应。
当光伏电池两端接一负载后，光电池就从P区经负载流至N＋区，负载中就有功率输出。
太阳能电池各区对不同波长光的敏感型是不同的。
靠近顶区湿产生阳光电流对短波长的紫光（或紫外光）敏感，约占总光源电流的5－10％（随N＋区厚度而变），PN＋结空间电荷的光生电流对可见光敏感，约占5 ％左右。
电池基体域产生的光电流对红外光敏感，占80－90％，是光生电流的主要组成部分。
2.单晶硅太阳能电池单晶硅太阳能电池是当前开发得最快的一种太阳能电池，它的构成和生产工艺已定型，产品已广泛用于宇宙空间和地面设施。
这种太阳能电池以高纯的单晶硅棒为原料，纯度要求99.999％。
为了降低生产成本，现在地面应用的太阳能电池等采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。
有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳能电池专用的单晶硅棒。
将单晶硅棒切成片，一般片厚约0.3毫米。
硅片经过成形、抛磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。
加工太阳能电池片，首先要在硅片上掺杂和扩散，一般掺杂物为微量的硼、磷、锑等。
扩散是在石英管制成的高温扩散炉中进行。
这样就在硅片上形成PN结。
(完整版)晶体硅太阳能电池结构及原理
值，但表面再结合速率会变大
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3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
支构面
支构面的作用是通过光的散射与多重反射，提供更长的光路径。因此， 光子的吸收数目可以增多，以提供更多的电子-空穴对。
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3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
原子序数14，相对原子质量28.09，有无定形和晶体两种同素异形体，属
于元素周期表上IVA族的类金属元素。
14Si
晶体硅为钢灰色，密度2.4 g／cm3，熔点1420℃，沸点2355℃，晶体硅属 于原子晶体，硬而有光泽，有半导体性质。
硅
3.1 结晶硅太阳能电池的种类和结构
硅的基本性质 常温下，只与强碱、氟化氢、氟气反应
（100）硅片的各向异性腐蚀导致在表面产生许多密布的表面为 （111）面的四面方锥体。形成绒面的硅表面。
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
可通过不同途径实现表面织 构化：晶体硅可通过腐蚀晶 面的刃面来实现织构化 如果晶体硅表面是沿内部原 子排列的，则织构化表面类 似金字塔。商业单晶硅电池 常用的手段。 另一种形式的织构化：倒金 字塔。
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
对于多晶硅来说，不能采用上述两种形式的织构化，因为多晶硅表面 不是完整的<111>晶面。 但可采取照相平版印刷、用激光机械雕刻前表面等方式实现织构化 （下图为照相平版印刷织构化多晶硅表面）：
3.1.2 结晶硅太阳能电池的结构
防反射层
防反射层的功能是减少入射的可见光在硅器件的表面反射。需要防反 射层的原因是由于硅材料在可见光到红外线波段400～1100nm的区域 内有相对于空气较大的折射率3.5～6.0.也就是说，在可见光区域有接 近50%，红外线区域内有30%的反射损失。在三层物质的界面的电磁 的结构
单晶硅太阳能电池工作原理
单晶硅太阳能电池工作原理
太阳能电池是将太阳能转化成电能的一种装置，它的工作原理是光电效应。
单晶硅太
阳能电池是太阳能电池中普遍使用的一种类型，其主要材料为硅元素。
单晶硅太阳能电池的结构由多个硅片组成，硅片内部由多个PN结叠加而成。
当阳光照射到硅片表面时，光子在硅片内部被吸收并激发出电子，电子离开原子成为自由电子，同
时在原子内部也产生空穴，形成空穴电子对。
由于PN结的存在，空穴和自由电子会被分离，并在不同的电极上聚集起来，形成电势差，这就是太阳能电池产生电能的原理。
通常情况下，单片硅太阳能电池可以产生0.5-0.6伏特电压，这并不足够满足需要，
因此多个单片硅太阳能电池需要串联或并联连接成为太阳能电池阵列，以增加输出电压和
电流。
其中，串联电池的电压可以得到有效提升，但当前会受影响的最小电压（如某些条
件下的阴天、晚上等）不能低于一定值，否则电池不能正常工作；并联电池的电流可以得
到有效提升，但也将增大功耗。
太阳能电池是一种形成直流电的装置，不适合直接供电交流用电设备，所以需要通过
逆变器将其转换为交流电。
经过逆变器转换后的电能可以直接供应到家庭用电设备中，或
者输出到电网上，以供其他用户使用。
由于太阳能电池具有环保、可再生、安全可靠等优点，近年来受到越来越多的关注和
广泛应用。
尽管单晶硅太阳能电池的制造成本较高，而且在阴天或晚上的时候无法产生电能，但其稳定性和高效性依旧受到认可，并且被广泛用于太阳能发电系统、太阳能电灯及
其他太阳能设备中。
N型硅太阳电池总结剖析
1 N型背结背接触晶体硅电池高转化效率机理首先，与掺硼(B)的P型晶体硅材料相比，掺磷(P)的N型晶体硅材料具有如下优势：（1）N 型材料中的杂质（如一些常见的金属离子）对少子空穴的捕获能力低于P型材料中的杂质对少子电子的捕获能力。
相同电阻率的N型硅片的少数载流子寿命比P型硅片的高（2）选用掺磷的N型硅材料形成的电池则几乎没有光致衰减效应的存在。
因此，N型晶体硅电池的效率不会随着光照时间的加长而逐渐衰减。
（3）N型材料的少子空穴的表面复合速率低于P型材料中电子的表面复合速率。
因此，采用N型晶体硅材料少子空穴的复合将远低于P 型材料中的少子电子的复合。
（4）N型硅片对金属污杂的容忍度要高于P型硅片。
对于Fe ,Cr,Co,W,Cu,Ni等金属对P型硅片的影响均比N型硅片高。
而对于Au却是相反的。
但是对于现代晶体制备工艺而言，Au污杂已不再是主要问题。
(5)某些N型电池的生产工艺可以在200度以下进行，符合低成本、高产量、高效率的要求。
(6) N型硅电池组件在弱光下表现出比常规P型硅组件更优异的发电特性。
上述6大优势是N型晶体硅电池获得高转化效率的前提。
按发射极的成分和形成方式区分，n型太阳电池可以分为铝发射极、硼发射极和非晶硅／晶体硅异质结太阳电池3类。
按发射极的位置区分，n型太阳电池又可以分为前发射极和背发射极两类。
以下将对铝背发射极、硼前发射极和硼背发射极太阳电池的研究进展进行讨论。
背发射极要获得高的转换效率，需要满足3个条件。
与传统的常规电池相比，背结背接触电池具有：（1）受光面无电极遮挡损失。
（2）背电极优化使得电池的串联电阻提高。
因此可进一步优化电极宽度从而达到提高串联电阻的目的。
（3）提供更好的优化前表面陷光和实现极低反射率的潜力。
( 1 ) 硅基体要具有长的体少子寿命。
从图2可以看出，体少子寿命对电池效率的影响非常明显。
当体少子寿命从1000 # s缩短到100 # s时，电池绝对效率下降超过4%。
硅太阳能电池的结构及工作原理
一.引言：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..当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急;能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时;越来越多的国家开始实行“阳光计划”;开发太阳能资源;寻求经济发展的新动力..欧洲一些高水平的核研究机构也开始转向可再生能源..在国际光伏市场巨大潜力的推动下;各国的太阳能电池制造业争相投入巨资;扩大生产;以争一席之地..全球太阳能电池产业1994-2004年10年里增长了17倍;太阳能电池生产主要分布在日本、欧洲和美国..2006年全球太阳能电池安装规模已达1744MW;较2005年成长19％;整个市场产值已正式突破100亿美元大关..2007年全球太阳能电池产量达到3436MW;较2006年增长了56%..中国对太阳能电池的研究起步于1958年;20世纪80年代末期;国内先后引进了多条太阳能电池生产线;使中国太阳能电池生产能力由原来的3个小厂的几百kW一下子提升到4个厂的4.5MW;这种产能一直持续到2002年;产量则只有2MW左右..2002年后;欧洲市场特别是德国市场的急剧放大和无锡尚德太阳能电力有限公司的横空出世及超常规发展给中国光伏产业带来了前所未有的发展机遇和示范效应..目前;我国已成为全球主要的太阳能电池生产国..2007年全国太阳能电池产量达到1188MW;同比增长293%..中国已经成功超越欧洲、日本为世界太阳能电池生产第一大国..在产业布局上;我国太阳能电池产业已经形成了一定的集聚态势..在长三角、环渤海、珠三角、中西部地区;已经形成了各具特色的太阳能产业集群..中国的太阳能电池研究比国外晚了20年;尽管最近10年国家在这方面逐年加大了投入;但投入仍然不够;与国外差距还是很大..政府应加强政策引导和政策激励;尽快解决太阳能发电上网与合理定价等问题..同时可借鉴国外的成功经验;在公共设施、政府办公楼等领域强制推广使用太阳能;充分发挥政府的示范作用;推动国内市场尽快起步和良性发展..太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位;不但要替代部分常规能源;而且将成为世界能源供应的主体..预计到2030年;可再生能源在总绿色环保节能太阳能能源结构中将占到30％以上;而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10％以上；到2040年;可再生能源将占总能耗的50％以上;太阳能光伏发电将占总电力的20％以上；到21世纪末;可再生能源在能源结构中将占到80％以上;太阳能发电将占到60％以上..这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位..由此可以看出;太阳能电池市场前景广阔..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于转换反应;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..本文主要阐述硅太阳能的结构和工作原理..二．硅太阳能电池2.1 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：硅材料是一种半导体材料;太阳能电池发电的原理主要就是利用这种半导体的光电效应..一般半导体的分子结构是这样的：上图中;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;如硼黑色或银灰色固体;熔点2300℃;沸点3658℃;密度2.34克/厘米;硬度仅次于金刚石;在室温下较稳定;可与氮、碳、硅作用;高温下硼还与许多金属和金属氧化物反应;形成金属硼化物..这些化合物通常是高硬度、耐熔、高导电率和化学惰性的物质..、磷等;当掺入硼时;硅晶体中就会存在一个空穴;它的形成可以参照下图说明：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;所以就会产生如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Ppositive型半导体..附;什么是P型半导体呢在半导体材料硅或锗晶体中掺入三价元素杂质可构成缺壳粒的P型半导体;掺入五价元素杂质可构成多余壳粒的N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Nnegative型半导体..黄色的为磷原子核;红色的为多余的电子;如下图所示：P型半导体中含有较多的空穴;而N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 区的电子汇扩散到P区;P区的空穴会扩散到N区;一旦扩散就形成了一个有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;从而形成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..下面就是这样的电源图..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;实际工业生产基本都是用化学气相沉积沉积一层氮化硅膜;厚度在1000埃左右..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..从电的角度来看;我们所用的硅都是中性的..多余的电子被磷中多余的质子所中和..缺失电子空穴由硼中缺失质子所中和..当空穴和电子在N型硅和P型硅的交界处混合时;中性就被破坏了..所有自由电子会填充所有空穴吗不会..如果是这样;那么整个准备工作就没有什么意义了..不过;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..光伏电池中的电场效应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..它就像一座山——电子可以轻松地滑下山头到达N侧;却不能向上攀升到达P侧..这样;我们就得到了一个作用相当于二极管的电场;其中的电子只能向一个方向运动..让我们来看一下在太阳光照射电池时会发生什么..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;从而产生一个自由的空穴..如果这发生在离电场足够近的位置;或者自由电子和自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..电子流动提供电流;电池的电场产生电压..有了电流和电压;我们就有了功率;它是二者的乘积..光伏电池的工作原理我们的光伏电池可以吸收多少太阳光的能量遗憾的是;此处介绍的简易电池对太阳光能量的吸收率至多为25%左右;通常的吸收率是15%或更低..为什么吸收率会这么低可见光只是电磁频谱的一部分..电磁辐射不是单频的——它由一系列不同波长进而产生的一系列能级组成..有关电磁频谱的详细介绍;请参阅狭义相对论基本原理..光可分为不同波长;我们可以通过彩虹看出这一点..由于射到电池的光的光子能量范围很广;因此有些光子没有足够的能量来形成电子空穴对..它们只是穿过电池;就像电池是透明的一样..但其他一些光子的能量却很强..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除非光子的能量是所需能量的两倍;并且可以创建多组电子空穴对;但这种效应并不重要..仅这两种效应就会造成电池中70%左右的辐射能损失..为何我们不选择一种带隙很低的材料;以便利用更多的光子遗憾的是;带隙还决定了电场强度电压;如果带隙过低;那么在增大电流通过吸收更多电子的同时;也会损失一定的电压..请记住;功率是电压和电流的乘积..最优带隙能量必须能平衡这两种效应;对于由单一材料制成的电池;这个值约为1.4电子伏特..我们还有其他能量损失..电子必须通过外部电路从电池的一侧流到另一侧..我们可以在电池底部镀上一层金属;以保证良好的导电性..但如果我们将电池顶部完全镀上金属;光子将无法穿过不透光导体;这样就会丧失所有电流在某些电池中;只有上表面而非所有位置使用了透明导体..如果我们只在电池的两侧设置触点;则电子需要经过很长一段距离对于电子而言才能抵达接触点..要知道;硅是半导体;它传输电流的性能没有金属那么好..它的内部电阻称为串联电阻相当高;而高电阻意味着高损耗..为了最大限度地降低这些损耗;电池上覆有金属接触网;它可缩短电子移动的距离;同时只覆盖电池表面的一小部分..即使是这样;有些光子也会被网格阻止;网格不能太小;否则它自身的电阻就会过高..在实际使用电池之前;还要执行其他几个步骤..硅是一种有光泽的材料;这意味着它的反射性能很好..被反射的光子不能被电池利用..出于这个原因;在电池顶部采用抗反射涂层;可将反射损失降低到5%以下..最后一步是安装玻璃盖板;用来将电池与元件分开;以保护电池..光伏模块由多块电池通常是36块串联和并联而成;以提供可用的电压和电流等级;这些电池放在一个坚固的框架中;后部分别引出正极端子和负极端子;并用玻璃盖板封上..普通硅光伏电池的基本结构单晶硅并非光伏电池中使用的唯一材料..电池材料中还采用了多晶硅;尽管这样生产出来的电池不如单晶硅电池的效率高;但可以降低成本..此外;还采用了没有晶体结构的非晶硅;这样做同样是为了降低成本..使用的其他材料还包括砷化镓、硒化铟铜和碲化镉..由于不同材料的带隙不同;因此它们似乎针对不同的波长或不同能量的光子进行了“调谐”..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..带隙较高的材料放在表面;吸收较高能量的光子；而带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..三.单晶硅、多晶硅、非晶硅三种太阳能电池介绍3.1单晶硅太阳能电池硅系列太阳能电池中;单晶硅大阳能电池转换效率最高;技术也最为成熟..高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的成热的加工处理工艺基础上的..现在单晶硅的电地工艺己近成熟;在电池制作中;一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术;开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池..提高转化效率主要是靠单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺..在此方面;德国夫朗霍费费莱堡太阳能系统研究所保持着世界领先水平..该研究所采用光刻照相技术将电池表面织构化;制成倒金字塔结构..并在表面把一13nm..厚的氧化物钝化层与两层减反射涂层相结合．通过改进了的电镀过程增加栅极的宽度和高度的比率：通过以上制得的电池转化效率超过23%;是大值可达23．3％..Kyocera公司制备的大面积225cm2单电晶太阳能电池转换效率为19．44%;国内北京太阳能研究所也积极进行高效晶体硅太阳能电池的研究和开发;研制的平面高效单晶硅电池2cmX2cm转换效率达到19.79%;刻槽埋栅电极晶体硅电池5cmX5cm转换效率达8.6%..单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高的;在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位;但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响;致使单晶硅成本价格居高不下;要想大幅度降低其成本是非常困难的..为了节省高质量材料;寻找单晶硅电池的替代产品;现在发展了薄膜太阳能电池;其中多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池就是典型代表..3.2多晶硅薄膜太阳能电池通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350－450μm的高质量硅片上制成的;这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成..因此实际消耗的硅材料更多..为了节省材料;人们从70年代中期就开始在廉价衬底上沉积多晶硅薄膜;但由于生长的硅膜晶粒大小;未能制成有价值的太阳能电池..为了获得大尺寸晶粒的薄膜;人们一直没有停止过研究;并提出了很多方法..目前制备多晶硅薄膜电池多采用化学气相沉积法;包括低压化学气相沉积LPCVD和等离子增强化学气相沉积PECVD工艺..此外;液相外延法LPPE和溅射沉积法也可用来制备多晶硅薄膜电池..化学气相沉积主要是以SiH2Cl2、SiHCl3、Sicl4或SiH4;为反应气体;在一定的保护气氛下反应生成硅原子并沉积在加热的衬底上;衬底材料一般选用Si、SiO2、Si3N4等..但研究发现;在非硅衬底上很难形成较大的晶粒;并且容易在晶粒间形成空隙..解决这一问题办法是先用LPCVD在衬底上沉炽一层较薄的非晶硅层;再将这层非晶硅层退火;得到较大的晶粒;然后再在这层籽晶上沉积厚的多晶硅薄膜;因此;再结晶技术无疑是很重要的一个环节;目前采用的技术主要有固相结晶法和中区熔再结晶法..多晶硅薄膜电池除采用了再结晶工艺外;另外采用了几乎所有制备单晶硅太阳能电池的技术;这样制得的太阳能电池转换效率明显提高..德国费莱堡太阳能研究所采用区馆再结晶技术在FZSi衬底上制得的多晶硅电池转换效率为19％;日本三菱公司用该法制备电池;效率达16.42%..液相外延LPE法的原理是通过将硅熔融在母体里;降低温度析出硅膜..美国Astropower公司采用LPE制备的电池效率达12．2％..中国光电发展技术中心的陈哲良采用液相外延法在冶金级硅片上生长出硅晶粒;并设计了一种类似于晶体硅薄膜太阳能电池的新型太阳能电池;称之为“硅粒”太阳能电池;但有关性能方面的报道还未见到..多晶硅薄膜电池由于所使用的硅远较单晶硅少;又无效率衰退问题;并且有可能在廉价衬底材料上制备;其成本远低于单晶硅电池;而效率高于非晶硅薄膜电池;因此;多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位..3.3非晶硅薄膜太阳能电池开发太阳能电池的两个关键问题就是：提高转换效率和降低成本..由于非晶硅薄膜太阳能电池的成本低;便于大规模生产;普遍受到人们的重视并得到迅速发展;其实早在70年代初;Carlson等就已经开始了对非晶硅电池的研制工作;近几年它的研制工作得到了迅速发展;目前世界上己有许多家公司在生产该种电池产品..非晶硅作为太阳能材料尽管是一种很好的电池材料;但由于其光学带隙为1.7eV;使得材料本身对太阳辐射光谱的长波区域不敏感;这样一来就限制了非晶硅太阳能电池的转换效率..此外;其光电效率会随着光照时间的延续而衰减;即所谓的光致衰退S一W效应;使得电池性能不稳定..解决这些问题的这径就是制备叠层太阳能电池;叠层太阳能电池是由在制备的p、i、n层单结太阳能电池上再沉积一个或多个P-i-n子电池制得的..叠层太阳能电池提高转换效率、解决单结电池不稳定性的关键问题在于：①它把不同禁带宽度的材科组台在一起;提高了光谱的响应范围；②顶电池的i 层较薄;光照产生的电场强度变化不大;保证i层中的光生载流子抽出；③底电池产生的载流子约为单电池的一半;光致衰退效应减小；④叠层太阳能电池各子电池是串联在一起的..非晶硅薄膜太阳能电池的制备方法有很多;其中包括反应溅射法、PECVD 法、LPCVD法等;反应原料气体为H2稀释的SiH4;衬底主要为玻璃及不锈钢片;制成的非晶硅薄膜经过不同的电池工艺过程可分别制得单结电池和叠层太阳能电池..目前非晶硅太阳能电池的研究取得两大进展：第一、三叠层结构非晶硅太阳能电池转换效率达到13％;创下新的记录；第二.三叠层太阳能电池年生产能力达5MW..美国联合太阳能公司VSSC制得的单结太阳能电池最高转换效率为9．3%;三带隙三叠层电池最高转换效率为13％..上述最高转换效率是在小面积0．25cm2电池上取得的..曾有文献报道单结非晶硅太阳能电池转换效率超过12．5％;日本中央研究院采用一系列新措施;制得的非晶硅电池的转换效率为13．2％..国内关于非晶硅薄膜电池特别是叠层太阳能电池的研究并不多;南开大学的耿新华等采用工业用材料;以铝背电极制备出面积为20X20cm2、转换效率为8．28％的a－Si/a －Si叠层太阳能电池..非晶硅太阳能电池由于具有较高的转换效率和较低的成本及重量轻等特点;有着极大的潜力..但同时由于它的稳定性不高;直接影响了它的实际应用..如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题;那么;非晶硅大阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一..四.其他太阳能电池介绍4.1多元化合物薄膜太阳能电池为了寻找单晶硅电池的替代品;人们除开发了多晶硅、非晶硅薄膜太阳能电池外;又不断研制其它材料的太阳能电池..其中主要包括砷化镓、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜电池等..上述电池中;尽管硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高;成本较单晶硅电池低;并且也易于大规模生产;但由于镉有剧毒;会对环境造成严重的污染;因此;并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代..砷化镓III-V化合物及铜铟硒薄膜电池由于具有较高的转换效率受到人们的普遍重视..GaAs属于III-V族化合物半导体材料;其能隙为1．4eV;正好为高吸收率太阳光的值;因此;是很理想的电池材料..GaAs 等III-V化合物薄膜电池的制备主要采用 MOVPE和LPE技术;其中MOVPE方法制备GaAs薄膜电池受衬底位错、反应压力、III-V比率、总流量等诸多参数的影响..除GaAs外;其它III-V化合物如Gasb、GaInP等电池材料也得到了开发..1998年德国费莱堡太阳能系统研究所制得的GaAs太阳能电池转换效率为24．2％;为记录..首次制备的GaInP电池转换效率为14．7％．见表2..另外;该研究所还采用堆叠结构制备GaAs;Gasb电池;该电池是将两个独立的电池堆叠在一起;GaAs作为上电池;下电池用的是Gasb;所得到的电池效率达到31．1％..铜铟硒CuInSe2简称CIC..CIS材料的能降为1．leV;适于太阳光的光电转换;另外;CIS薄膜太阳电池不存在光致衰退问题..因此;CIS用作高转换效率薄膜太阳能电池材料也引起了人们的注目..CIS电池薄膜的制备主要有真空蒸镀法和硒化法..真空蒸镀法是采用各自的蒸发源蒸镀铜、铟和硒;硒化法是使用H2Se叠层膜硒化;但该法难以得到组成均匀的CIS..CIS薄膜电池从80年代最初8％的转换效率发展到目前的15％左右..日本松下电气工业公司开发的掺镓的CIS 电池;其光电转换效率为15．3％面积1cm2..1995年美国可再生能源研究室研制出转换效率为17．l％的CIS太阳能电池;这是迄今为止世界上该电池的最高转换效率..预计到2000年CIS电池的转换效率将达到20％;相当于..CIS作为太阳能电池的半导体材料;具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点;将成为今后发展太阳能电池的一个重要方向..唯一的问题是材料的来源;由于铟和硒都是比较稀有的元素;因此;这类电池的发展又必然受到限制..4.2聚合物多层修饰电极型太阳能电池在太阳能电池中以聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池制备的研究方向..其原理是利用不同氧化还原型聚合物的不同;在导电材料电极表面进行多层复合;制成类似无机P－N结的单向导电装置..其中一个电极的内层由较低的聚合物修饰;外层聚合物的还原电位较高;电子转移方向只能由内层向外层转移；另一个电极的修饰正好相反;并且第一个电极上两种聚合物的还原电位均高于后者的两种聚合物的还原电位..当两个修饰电极放入含有光敏化剂的电解波中时．光敏化剂吸光后产生的电子转移到还原电位较低的电极上;还原电位较低电极上积累的电子不能向外层聚合物转移;只能通过通过还原电位较高的电极回到电解液;因此外电路中有光电流产生..由于有机材料柔性好;制作容易;材料来源广泛;成本底等优势;从而对大规模利用太阳能;提供廉价电能具有重要意义..但以有机材料制备太阳能电池的研究仅仅刚开始;不论是使用寿命;还是电池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比..能否发展成为具有实用意义的产品;还有待于进一步研究探索..。
太阳能电池发电原理
太阳能电池发电原理太阳能电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。
能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。
它们的发电原理基本相同，现以晶体为例描述光发电过程。
P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P－N结。
当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P－N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。
这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。
晶体硅包括单晶硅和多晶硅，晶体硅的制备方法大致是先用碳还原SiO2成为Si，用HCl反应再提纯获得更高纯度多晶硅，单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅，然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。
硅的单晶体。
具有基本完整的点阵结构的晶体。
不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料。
纯度要求达到99.9999％，甚至达到99.％以上。
用于制造半导体器件、太阳能电池等。
用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成。
熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。
单晶硅具有准金属的物理性质，有较弱的导电性，其电导率随温度的升高而增加，有显著的半导电性。
超纯的单晶硅是本征半导体。
在超纯单晶硅中掺入微量的ⅢA族元素，如硼可提高其导电的程度，而形成p型硅半导体；如掺入微量的ⅤA族元素，如磷或砷也可提高导电程度，形成n型硅半导体。
单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅，然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。
单晶硅主要用于制作半导体元件。
太阳能电池的结构和基本原理
负载
I
其中：V是光生电压，Is是 反向饱和电流。
如光电池与负载电阻接成通路，通过负载的电流应 该是：
I = IF-IL = Is[exp(qV/kT)-1]-IL 这就是负载电阻上电流与电压的关系，也就是光电 池的伏安特性方程。
左图分别 是无光照和有光 照时的光电池的 伏安特性曲线。
２、描述太阳能电池的参数
第三章 太阳能电池的基本原理
本章以单晶硅pn结太阳能电池为例， 介绍半导体太阳能电池的基本工作原理、 结构及其特性分析。
一、太阳能电池的结构和基本工作原理
下图示意地画出了单晶硅pn结太阳能电池的结构， 其包含上部电极，无反射薄膜覆盖层，n型半导体，p型半 导体以及下部电极和基板。
当有适当波长的光照射到这个pn结太阳 能电池上后，由于光伏效应而在势垒区两边 产生了电动势。因而光伏效应是半导体电池 实现光电转换的理论基础，也是某些光电器 件赖以工作的最重要的物理效应。因此，我 们将来仔细分析一下pn结的光伏效应。
佳工作点，该点的电压和电流分别称为最佳工作电压Vop和最
佳工作电流Iop。 填充因子定义为：
FF =
VopIop VocIsc
= Pmax VocIsc
它表示了最大输出功率点 所 对 应 的 矩 形 面 积 在 Voc 和Isc所组成的矩形面积中 所占的百分比。特性好的
太阳能电池就是能获得较
大功率输出的太阳能电池， 也 就 是 Voc ， Isc 和 FF 乘 积 较大的电池。对于有合适
除了上述pn结能产生光生伏特效应外，金属-半导体形成的 肖特基势垒层等其它许多结构都能产生光生伏特效应。其电子 过程和pn结相类似，都是使适当波长的光照射材料后在半导体 的界面或表面产生光生载流子，在势垒区电场的作用下，光生 电子和空穴向相反的方向漂移从而互相分离，在器件两端积累 产生光生电压。
单晶硅电池发电原理
单晶硅电池发电原理
嘿，朋友们！今天咱来聊聊单晶硅电池发电原理这神奇的玩意儿。
你说这单晶硅电池啊，就像是一个勤劳的小蜜蜂，不停地为我们工作着。
单晶硅，那可是从沙子里提炼出来的宝贝呢！就好像我们从普通的生活中发现了不起的东西一样。
想象一下，阳光就像无数个小金球，纷纷扬扬地洒下来。
单晶硅呢，就特别喜欢这些小金球。
当阳光照到单晶硅上的时候呀，单晶硅里面的那些小粒子就开始活跃起来啦，就跟我们看到喜欢的东西会兴奋一样。
这些小粒子被阳光一激发，就开始产生电流啦！这电流就顺着电路跑啊跑，跑到我们需要电的地方，给我们带来光明和便利。
这不是很神奇吗？单晶硅就像一个魔法盒子，把阳光变成了电。
而且啊，它还特别耐用，只要有阳光，它就能一直工作，多棒啊！
咱再打个比方，单晶硅电池就像是一个不知疲倦的运动员，一直在赛场上奔跑，为我们赢得胜利。
它默默地工作着，不喊苦不喊累，就为了给我们提供稳定的电力。
你说这世界多奇妙啊，就这么一个小小的单晶硅，就能有这么大的本事。
那我们人类是不是也应该像单晶硅电池一样，发挥自己的潜力，为这个世界做出更多的贡献呢？
所以啊，单晶硅电池发电原理虽然听起来有点复杂，但其实就像是生活中的一个小惊喜，只要我们去了解它，就能发现它的美妙之处。
它让我们感受到科技的力量，也让我们对未来充满了希望。
让我们一起好好珍惜和利用这神奇的单晶硅电池吧，让它为我们的生活带来更多的美好！。
晶体硅发电原理是
晶体硅发电原理是
晶体硅发电原理是利用光的能量转化为电能的原理。
晶体硅是一种半导体材料，当光照射到晶体硅表面时，光子的能量被传递给晶体硅中的电子。
这些光激发的电子会从晶体硅中释放出来，并在晶体硅中形成一个电压。
利用导线将释放出的电子导出，就可以产生电流。
这样，通过将晶体硅制成太阳能电池板，光能就可以被转化为可用的电能。
晶体硅发电原理的关键是光的吸收。
晶体硅的能带结构能够有效地吸收光子能量，将其转化为电子能量。
当光照射到晶体硅表面时，光子的能量会激发晶体硅中的价带电子，使其跃迁到导带中形成自由电子。
同时，光子的激发也会在晶体硅中形成空穴，即带正电的空位。
在晶体硅中，自由电子和空穴会形成电子-空穴对，并在晶体
中不断运动。
当加入外部电路时，这些电子-空穴对可以被导出，形成电流。
晶体硅发电原理基本上是利用光子的能量将晶体硅中的电子-空穴对分离出来，从而产生电流。
晶体硅太阳能电池是晶体硅发电原理的实际应用。
太阳能电池板将晶体硅片制成多个p-n结，通过外加电场将自由电子和空
穴分离，进一步提高光电转换效率。
当阳光照射到太阳能电池板上时，光子的能量被转化为电能，产生一定的电流和电压。
这样，就可以利用太阳能电池板将太阳的能量转化为可用的电能，满足人们对电力的需求。
硅太阳能电池工作原理
硅太阳能电池工作原理[技术]硅太阳能电池工作原理太阳能电池由半导体材料制造，利用PN结的光生伏特效应而将光能直接转变为电能，太阳电池分单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池、非晶硅太阳电池。
原子最外层的电子为价电子，硅原子的外层电子壳层中有4个价电子，在硅晶体中每个原子有4个相邻原子，硅原子和每一个相邻硅原子共享2个价电子，从而形成稳定的8原子结构。
见图1左图。
图1--本征半导体示意图硅原子的外层的电子受原子核的束缚比较小，在光照或温度作用下得到足够的能量时，会摆脱原子核的束缚而成为自由电子，并同时在原来位置留出一个空穴。
电子带负电，空穴带正电，在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。
见图1右图。
在常温下，纯净的硅晶体中电子和空穴的数目极少，导电性极差。
称这种纯净晶体为本征半导体。
N型半导体与P型半导体在纯净的硅晶体中掺入少量的杂质，即5价元素磷（或砷，锑等），由于磷原子具有5个价电子，所以1个磷原子同相邻的4个硅原子结成共价键时，还多余1个价电子，这个价电子很容易挣脱磷原子核的吸引而变成自由电子。
掺入了5价元素的硅晶体变成了电子导电类型的半导体，也称为Ｎ型半导体，见图２左。
图2--Ｎ型半导体与P型半导体在Ｎ型半导体中，除了由于掺入杂质而产生大量的自由电子以外，还有由于热激发而产生少量的电子-空穴对。
然而空穴的数目相对于电子的数目是极少的，所以在Ｎ型半导体材料中，空穴数目很少，称为少数载流子，而电子数目很多，称为多数载流子。
同样如果在纯净的硅晶体中掺入少量的杂质，即3价元素，如硼（或鋁、镓或铟等），这些3价原子的最外层只有3个价电子，当它与相邻的硅原子形成共价键时，还缺少1个价电子，因而在一个共价键上要出现一个空穴，因此掺入3价杂质的4价半导体，也称为P型半导体，见图2右。
对于P型半导体，空穴是多数载流子，而电子为少数载流子。
PN结若将Ｐ型半导体和Ｎ型半导体两者紧密结合，联成一体时，由导电类型相反的两块半导体之间的过渡区域，称为PN 结。
晶体硅发电原理
晶体硅发电原理
晶体硅发电原理是一种利用太阳能转化为电能的技术。
晶体硅是一种半导体材料，它可以通过特殊的处理形成p-n结。
当太阳光照射到晶体硅上时，光子的能量可以激发晶体硅中的电子。
这些激发的电子会从价带跃迁到导带，形成自由电子和空穴。
自由电子和空穴的分离会产生电场，形成内建电压。
在形成内建电场的过程中，要在晶体硅中形成合适的掺杂。
掺杂使得p-n结的p区域富含电子，n区域富含空穴。
在这个p-
n结上，形成了p区域和n区域之间的电势差，这就是结电位。
当外界连接导线将p-n结两侧的电子和空穴流动起来时，由于
p区域和n区域的电位差，电子和空穴会沿着导线流动，形成
电流。
这个过程就是光伏效应。
将多个晶体硅组合在一起，形成太阳能电池板，可以提高发电效率。
通常，太阳能电池板会被覆盖上透明的薄膜，以保护硅晶体并增加光的吸收。
当太阳能电池板受到太阳光的照射时，其中的晶体硅会将光子转化为电流。
这个电流可以直接用来供电，也可以存储在电池中以备不时之需。
晶体硅发电原理利用了太阳能的可再生特性，不会产生二氧化碳等有害物质，因此被广泛应用于室内照明、家用电器和移动
设备等领域。
随着技术的发展，晶体硅发电的效率和成本也在不断提高，使得其在可持续能源领域具有巨大的潜力。
晶体硅太阳能电池的基本原理
目前，在Si太阳电池中，掺杂浓度大约为1016cm-3，在直接带隙 材料制做的太阳电池中约为1017 cm-3，为了减小串联电阻，前 扩散区的掺杂浓度经常高于1019 cm-3，因此重掺杂效应在扩散 区是较为重要的。
当Nd和Na或（Nd）eff和（Na）eff不均匀且朝着结的方向降低时， 就会建立起一个电场，其方向能有助于光生载流子的收集，因 而也改善了ISC。这种不均匀掺杂的剖面分布，在电池基区中通 常是做不到的；而在扩散区中是很自然的。
导带：最高的满带 价带：最低的空带
电子可以从价带激发到导带，价带中产生空穴，导带中出现电子， 空穴和电子都参与导电成为载流子
导体，在外电场的作用下，大量共有化电子很易获得能量，集体 定向流动形成电流。
绝缘体：在外电场的作用下，共有化电子很难接受外电场的能量 ，所以形不成电流。从能级图上来看，是因为满带与空带之间有
根据掺杂的不同，杂质半导体分为
N型半导体 P型半导体
N型半导体：掺入五价杂质元素（如磷、砷）的杂质半导体
P型半导体：在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼等。
空带 施主能级
满带
ED Eg
空带
受主能级 满带
Eg Ea
掺入少量五价杂质元素磷
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
P
电子是多数载流子，简 称多子; 空穴是少数载流子，简 称少子。 施主杂质 半导体整体呈电中性
3.2.8 晶硅太阳电池的结构
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（如图栅状电极），以增加入射光的面积。
高效晶体硅太阳能电池介绍
高效晶体硅太阳电池简介（1）PERC电池是澳大利亚新南威尔士大学光伏器件实验室最早研究的高效电池。
它的结构如图2-13a所示，正面采用倒金字塔结构，进行双面钝化，背电极通过一些分离很远的小孔贯穿钝化层与衬底接触，这样制备的电池最高效率可达到23.2％[26]。
由于背电极是通过一些小孔直接和衬底相接触的，所以此处没能实现钝化。
为了尽可能降低此处的载流子复合，所设计的孔间距要远大于衬底的厚度才可。
然而孔间距的增大又使得横向电阻增加（因为载流子要横向长距离传输才能到达此处），从而导致电池的填充因子降低。
另外，在轻掺杂的衬底上实现电极的欧姆接触非常困难，这就限制了高效PERC电池衬底材料只能选用电阻率低于0.5 Ωcm以下的硅材料。
为了进一步改善PERC电池性能，该实验室设想了在电池的背面增加定域掺杂，即在电极与衬底的接触孔处进行浓硼掺杂。
这种想法早已有人提出，但是最大的困难是掺杂工艺的实现，因为当时所采用的固态源进行硼掺杂后载流子寿命会有很大降低。
后来在实验过程中发现采用液态源BBr3进行硼掺杂对硅片的载流子寿命影响较小，并且可以和利用TCA制备钝化层的工艺有很好的匹配。
1990年在PERC结构和工艺的基础上，J.Zhao在电池的背面接触孔处采用了BBr3定域扩散制备出PERL电池，结构如图2.13b所示[27]。
定域掺硼的温度为900 ℃，时间为20 min，随后采用了drive-in step技术（1070 ℃，2 h）。
经过这样处理后背面接触孔处的薄层电阻可降到20 Ω/□以下。
孔间距离也进行了调整，由2 mm缩短为250 µm，大大减少了横向电阻。
如此，在0.5 Ωcm和2 Ωcm的p型硅片上制作的4 cm2的PERL电池的效率可达23-24％，比采用同样硅片制作的PERC电池性能有较大提高。
1993年该课题组对PERL电池进行改善，使其效率提高到24％，1998年再次提高到24.4％，2001年达到24.7％，创造了世界最高记录。
si 太阳能电池原理
si 太阳能电池原理
太阳能电池是一种能够将太阳能转化为电能的设备，其工作原理主要基于光电效应。
光电效应是指光线照射到物质表面时，将光能转化为电能的现象。
在太阳能电池中，主要采用半导体材料作为太阳能的吸收介质，其中最常用的材料是硅。
太阳能电池中的硅材料通常由两种类型的半导体层组成：P型
半导体和N型半导体。
P型半导体中含有少量(杂质)的阳离子，使其具有正电荷；N型半导体中含有少量的阴离子，使其具有负电荷。
当这两种半导体层结合在一起时，形成了一个PN结。
当太阳光线照射到PN结时，光子的能量会被半导体材料吸收，使得原子中的电子获得足够的能量从价带跃迁到导带，形成自由电子和空穴对。
自由电子和空穴对可以在半导体内移动，从而产生了电流。
在PN结中，P型半导体导带的电子浓度比N型半导体导带的
电子浓度低，因此形成了电子从N型半导体流向P型半导体
的电流。
这样，在PN结中就形成了一个电场，阻止了电子和
空穴的进一步扩散，使得太阳能电池的工作稳定。
最后，太阳能电池会通过导线将产生的电流引出，从而可以利用这些电能供给外部电路使用。
总结起来，太阳能电池利用光电效应，在太阳能的照射下，将
光能转化为电能。
这种转化的过程是通过PN结的形成和光子能量的吸收来实现的。
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【深入浅出】晶体硅电池发电原理
天天讨论光伏发电，你知道太阳能电池发电的原理吗？本文分别用文字形式，介绍了晶硅太阳能电池的发电原理。
属于科普级别，非常通俗易懂。
太阳能电池发电原理
一、N型半导体与P型半导体
完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体，原子之间形成
共价键，其结构如
价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电），如
在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素），形成杂质半导体，可使
其导电性能大大增强。
掺入五价磷元素取代硅原子，磷原子外层的五个外层电子的其中四个与
周围的半导体原子形成共价键，多出的一个电子几乎不受束缚，较为容易地成为自由电子。
因此，掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为N型半导体。
掺入三价硼元素取代硅原子，硼原子外层的三个外层电子与周围的半导
体原子形成共价键的时候，会产生一个空穴。
因此，掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为P型半导体。
无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。
N型半导体的电子是多子，空穴是少子；
P型半导体的空穴是多子，电子是少子。