太阳能电池的工作原理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,是地球上最直接最普遍也是最清洁的能源。将太阳能转换为电能也是大规模利用太阳能的重要技术基础,太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。当太阳光(或其他光)照射到太阳电池上时,电池吸收光能,能量大于禁带宽度的光子,穿过减反射膜进入硅中,激发出光生电子–孔穴对, 并立即被内建电场分离,光生电子被送进 n 区,光生孔穴则被推进 p 区, 这样在内建电场的作用下, 光生电子- 孔穴对被分离, 在光电池两端出现异号电荷的积累, 即产生了“光生电压”, 这就是“光生伏打效应”( 简称光伏)。在内建电场的两侧引出电极并接上负载, 在负载中就有“光生电流”流过,从而获得功率输出。太阳能电池的转换途径很多,主要有两种发电方式一种是光—热—电转换方式,另一种是光—电直接转换方式。其中光—电直接转换方式是利用光电效应使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能,光—电转换的基本装置就是太阳能电池。其具体原理如下 1、光—热—电转换光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电,一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气,再驱动汽轮机发电。前一个过程是光—热转换过程; 后一个过程是热—电转换过程, 与普通的火力发电一样. 太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高, 估计它的投资至少要比普通火电站贵5~ 1000M W 的太阳能热电站需要投资 20~25亿美元, 平均 1kW 的投资为 2000 ~ 2500 美元。因此, 目前只能小规模地应用于特殊的场合,而大规模利用在经济上很不合算,还不能与普通的火电站或核电站相竞争。 2、光—电直接转换(太阳能电池发电是根据特定材料的光电性质制成的。黑体( 如太阳) 辐射出不同波长( 对应于不同频率) 的电磁波, 如红、紫外线, 可见光等等。当这些射线照射在不同导体或半导体上,光子与导体或半导体中的自由电子作用产生电流。射线的波长越短,频率越高,所具有的能量就越高,例如紫外线所具有的能量要远远高于红外线。但是并非所有波长的射线的能量都能转化为电能,值得注意的是光电效应于射线的强度大小无关,只有频率达到或超越可产生光电效应的阈值时,电流才能产生。能够使半导体产生光电效应的光的最大波长同该半导体的禁带宽度相关,譬如晶体硅的禁带宽度在室温下约为 ,因此必须波长小于 1100nm 的光线才可以使晶体硅产生光电效应。太阳电池发电是一种可再生的环保发电方式,发电过程中不会产生二氧化碳等温室气体,不会对环境造成污染。按照制作材料分为硅基半导体电池、 CdTe 薄膜电池、 CIGS 薄膜电池、染料敏化薄膜电池、有机材料电池等。其中硅电池又分为单晶电池、多晶电池和无定形硅薄膜电池等。对于太阳电池来说最重要的参数是转换效率,目前在实验室所研发的硅基太阳能电池中, 单晶硅电池效率为 % , 多晶硅电池效率为 % , CIGS 薄膜电池效率达 % , CdTe 薄膜电池效率达 % ,非晶硅(无定形硅)薄膜电池的效率为 % 。太阳能电池的基本特性有太阳能电池的极性、太阳电池的性能参数、太阳能电环保电池的伏安特性三个基本特性。具体解释如下 1 、太阳能电池的极性硅太阳能电池的一般制成 P+/N
