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太阳能发电原理及太阳能电池科普

发布日期:2017年06月08日    浏览次数:23    关键字: 新闻 资讯

光伏发电技术在市场中的应用越来越普及,现在几乎每个人都知道光伏就是太阳能发电,但不是每个人都知道太阳能发电为什么叫光伏?太阳能电池是怎么发电的?还有太阳能电池是P型还是N型也许知道人就更少了。

  

一、太阳能发电原理

  

太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应。所谓光生伏特效应就是当物体受到光照时,物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。当太阳光或其他光照射半导体的PN结时,就会在PN结的两边出现电压,叫做光生电压。


二、P型硅和N型硅

  

当把能量加到纯硅中时(比如以热的形式),它会导致几个电子脱离其共价键并离开原子。每有一个电子离开,就会留下一个空穴。然后,这些电子会在晶格周围四处游荡,寻找另一个空穴来安身。这些电子被称为自由载流子,它们可以运载电流。将纯硅与磷原子混合起来,只需很少的能量即可使磷原子(最外层五个电子)的某个“多余”的电子逸出,当利用磷原子掺杂时,得到的硅被成为N型(“n”表示负电),太阳能电池只有一部分是N型。


另一部分硅掺杂的是硼,硼的最外电子层只有三个而不是四个电子,这样可得到P型硅。P型硅中没有自由电子。


三、P型电池和N型电池

  

在p型半导体材料上扩散磷元素,形成n+/p型结构的太阳电池即为P型硅片;

  

在N型半导体材料上注入硼元素,形成p+/n型结构的太阳电池即为n型硅片;

  

目前光伏行业主流产品是P型硅片,P型硅片制作工艺简单,成本较低,N型硅片通常少子寿命较大,电池效率可以做得更高,但是工艺更加复杂。N型硅片掺磷元素,磷与硅相溶性差,拉棒时磷分布不均,P型硅片掺硼元素,硼与硅分凝系数相当,分散均匀度容易控制。


N型电池与P型电池对比

  

硅太阳电池的高效率成为目前产业界追逐的目标。因为人们相信提高效率就意味着更具竞争性。

  

但是P型硅衬底太阳能电池最高效率有其固有瓶颈。

  

N型硅衬底太阳能电池在获得高效率时增加了工艺难度,成本随之增高。

  

太阳电池的应用环境十分恶劣,因此其长期稳定性成为未来重点考量的因数。

  

因此,未来光伏产业及应用要在效率-成本-长期可靠性三个方面寻求某种平衡。


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