太陽能電池原理

太陽能電池原理

1、光—熱—電轉(zhuǎn)換方式

光—熱—電轉(zhuǎn)換方式通過利用太陽輻射產(chǎn)生的熱能發(fā)電，一般是由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換成工質(zhì)的蒸氣，再驅(qū)動汽輪機發(fā)電。前一個過程是光—熱轉(zhuǎn)換過程；后一個過程是熱—電轉(zhuǎn)換過程，與普通的火力發(fā)電一樣，太陽能熱發(fā)電的缺點是效率很低而成本很高，估計它的投資至少要比普通火電站貴5——10倍。一座1000MW的太陽能熱電站需要投資20——25億美元，平均1千瓦的投資為2000——2500美元。因此，目前只能小規(guī)模地應(yīng)用于特殊的場合，而大規(guī)模利用在經(jīng)濟上很不合算，還不能與普通的火電站或核電站相競爭。

2、光—電直接轉(zhuǎn)換方式

光—電直接轉(zhuǎn)換方式是利用光電效應(yīng)，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，光—電轉(zhuǎn)換的基本裝置就是太陽能電池。太陽能電池是一種由于光生伏特效應(yīng)而將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，是一個半導(dǎo)體光電二極管，當(dāng)太陽光照到光電二極管上時，光電二極管就會把太陽的光能變成電能，產(chǎn)生電流。當(dāng)許多個電池串聯(lián)或并聯(lián)起來就可以成為有比較大的輸出功率的太陽能電池方陣了。

太陽能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優(yōu)點。太陽能電池壽命長，只要太陽存在，太陽能電池就可以一次投資而長期使用；與火力發(fā)電、核能發(fā)電相比，太陽能電池不會引起環(huán)境污染；太陽能電池可以大中小并舉，大到百萬千瓦的中型電站，小到只供一戶用的太陽能電池組，這是其他電源無法比擬的。

太陽能電池發(fā)電的原理

太陽能電池發(fā)電的原理主要是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)。能產(chǎn)生光電效應(yīng)的材料有許多種，如：單晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發(fā)電原理基本相同?，F(xiàn)以硅為例說明。

帶正電荷硅原子旁邊圍繞著四個帶負電荷的電子?？梢酝ㄟ^向硅晶體中摻入其他的雜質(zhì)，如硼、磷等來改變其特性。當(dāng)摻入硼時，因為硼原子周圍只有3個電子，所以硅晶體中就會存在著一個空穴，這個空穴因為沒有電子而變得很不穩(wěn)定，容易吸收電子而中和，形成N型半導(dǎo)體。當(dāng)摻入磷原子時，因為磷原子有五個電子，所以就會有一個電子變得非?；钴S，形成P型半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體中含有較多的空穴，而P型半導(dǎo)體中含有較多的電子，這樣，當(dāng)P型和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時，就會在接觸面形成電勢差，這就是PN結(jié)。當(dāng)光線照射太陽能電池表面時，PN結(jié)中的N型半導(dǎo)體的空穴往P型區(qū)移動，而P型區(qū)中的電子往N型區(qū)移動，從而在PN結(jié)兩側(cè)集聚形成電位差。當(dāng)外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個過程就是光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。