光伏電池的原理是什么？

　　光伏電池就是太陽能電池，它的工作原理是利用半導(dǎo)體材料的PN結(jié)的光生電效應(yīng)。

　　在太陽光照射下，一些特定的半導(dǎo)體內(nèi)會產(chǎn)生自由電荷，這些自由電荷定向移動和積累并產(chǎn)生一定的電動勢，可以向外電路提供電流，這種現(xiàn)象被稱為光生伏特效應(yīng)或光伏效應(yīng)。

　　太陽能電池板有兩種不同的結(jié)構(gòu)形式，這是因為內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)不同。兩種晶硅體的原材料本身是一樣的，只是制備工藝不同，多晶硅采用的是鑄錠工藝，單晶硅是在多晶硅鑄錠工藝的基礎(chǔ)上增加了，拉棒工藝是硅分子排列結(jié)構(gòu)一致，從而得到了更高導(dǎo)電性能的硅片。因為單晶硅電池具有更高效率的光電轉(zhuǎn)換率，近兩年來得到了大規(guī)模的普及和應(yīng)用屋頂上的太陽能光伏板。來自太陽的能量是地球上最豐富和絕對免費的能源。

　　為了利用這種能量，我們需要地球上第二豐富的沙子元素的幫助。沙子必須轉(zhuǎn)化成99.99999%的純硅晶體，才能用于太陽能電池。

　　要做到這一點，沙子必須經(jīng)過一個復(fù)雜的凈化過程。未加工的硅轉(zhuǎn)化為氣態(tài)硅化合物形式。然后將其與氫混合，得到高度純化的多晶硅。這些硅料被融化鑄錠以后，切割成180微米的薄片，稱之為硅片。

　　硅片是光伏電池的核心，當(dāng)分析硅原子的結(jié)構(gòu)時，正常情況下硅原子只攜帶有4個電子，但是硅原子在共享周邊的電子以后，就形成了每個原子周圍8個電子的穩(wěn)固的分子形態(tài)，這些相鄰的電子就像結(jié)合在一起，無法自由移動。

　　為了便于理解，考慮硅晶體的二維結(jié)構(gòu)，假設(shè)有5價電子的磷原子被注入硅片中，5價電的磷原子和4價電的硅原子結(jié)合，就產(chǎn)生一個多余的自由電子，這種摻雜就形成了電池片的N型區(qū)。

　　高度凈化的太陽能電池。只用這種材料，當(dāng)光線照射它們時，電子將獲得光子能量并可以自由移動，然而電子的這種運動是隨機的，它不會導(dǎo)致任何電流通過負載。要使電子流單向流動，就需要一個驅(qū)動力，PN結(jié)是一種簡單實用的產(chǎn)生動力的方法。

　　與N型摻雜類似，如果在硅片中注入3價電子的硼原子，3價電的硼原子與4價電的硅原子結(jié)合，就會形成一個空穴區(qū)，也就是說它再吸附1個電子，這種摻雜形成了電池片的P型區(qū)。

　　如果這兩種摻雜的材料結(jié)合在一起，一些電子將從N端遷移到P區(qū)域，填補那里的空穴，這樣就形成了那里沒有自由電子和空穴的耗盡區(qū)。

　　由于電子遷移，N側(cè)邊界略帶正電荷，P側(cè)邊界帶負電荷。在這些電荷之間肯定會形成一個電場，這個電場產(chǎn)生必要的驅(qū)動力。當(dāng)光線照射到PN結(jié)，電池的末端區(qū)域穿透并達到耗盡區(qū)域。這個光子能量足以在耗盡區(qū)產(chǎn)生電子空穴對，耗盡區(qū)中的電場將電子和空穴逐出耗盡區(qū)。

　　電子在N區(qū)和空穴P區(qū)的濃度變得如此之高，以至于它們之間會產(chǎn)生電位差。一旦連接了這些區(qū)域之間的任何負載，電子就會開始流過負載，電子在完成他們的路徑后與P區(qū)的空穴區(qū)重新結(jié)合。這樣太陽能電池就可以連續(xù)地提供直流電。

　　在實際的太陽能電池中，可把這些串聯(lián)起來，連接起來的電池與另一個電池總并聯(lián)，你就得到了太陽能電池板，一個光伏電池只產(chǎn)生0.5左右的電壓，電池組的串聯(lián)和并聯(lián)組合，將電流和電壓值增加到一個可用范圍。

　　光伏板產(chǎn)生的直流，通過蓄電瓶存儲電的能，經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)換成交流電，就可以進入380伏的低壓電網(wǎng)，用戶可以選擇優(yōu)先自用或全額上網(wǎng)兩種電費結(jié)算方式。

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　　審核編輯 ：李倩