太陽能時高電池的工作原理和電學性能
太陽能電池的工作原理基礎是:半導體p-n緒的光生伏打效應。所謂光生伏打效應，簡言之，就是當物體受到光照時，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動勢和電流的一種效應。當太陽光或其他光照射半導體p-n結時，就會在p-n結的兩邊出現(xiàn)電壓，叫光生電壓。使p-n結短路，就會產(chǎn)生電流。
單晶硅的原子是接照一定的規(guī)律排列的。硅原子的外層電子亮層中有4個電子，如圖l所示。
圖1硅原子結構圖
每個原子的外層電子都有固定的位置，并受原子核的約束。它們在外來能量的激發(fā)下，如在太陽光輻射時，就會擺脫原子核的束縛而成為自由電子，并同時在它原來的地方留出一個空位，即半導體物理學中所謂的"空穴"。由于電子帶負電，空穴就表現(xiàn)為帶正電。電子和空穴就是單晶硅中可以運動的電荷。在純凈的硅晶體中，自由電子和空穴的數(shù)目是相等的。如果在晶體硅中摟入能夠俘獲電子的棚、鋁、嫁或錮等雜質(zhì)元素，那么它就成為空穴型半導體，簡稱p型半導體。如果有硅晶體中摻入能夠釋放電子的磷、碑或錦等雜質(zhì)元素，那么它就成了電子型的半導體，簡稱n型半導體。若把這兩種半導體結合在一起，由于電子和空穴的擴散，在交界面處便會形成p-n結，并在結的兩邊形成內(nèi)建電場，又稱勢壘電場。由于此處電阻特別高，所以也稱為阻擋層。當太陽光照射p-n結時，在半導體內(nèi)的電子由于獲得了光能而釋放電子，相應地便產(chǎn)生了電子一一空穴對，并在勢壘電場的作用下，電子被驅(qū)向n型區(qū)，空穴被驅(qū)向p型區(qū)，從而使n區(qū)有過剩的電子，p區(qū)有過剩的空穴;于是，就在p-n結的附近形成了與勢壘電場方向相反的光生電場，如下圖2所示。
圖2太陽能電能級圖
光生電場的一部分抵消勢壘電場，其余部分使p型區(qū)帶正電，n型區(qū)帶負電;于是，就使得在n區(qū)與p區(qū)之間的薄層產(chǎn)生了電動勢，即光生伏打電動勢。接通電路時便有電能輸出。這就是p-n結接觸型單晶硅太陽能電池發(fā)電的基本原理。若把幾十個、數(shù)百個太陽能電池單體串聯(lián)、并連起來，組成太陽能電池組體，在太陽光的照射下，便可獲得相當可觀的輸出功率的電能。
北極星太陽能光伏網(wǎng)2012-5-4 10:24:35我要投稿
關鍵詞:單晶硅太陽能電池太陽能
太陽能電池的基本電學性能
(1)太陽能電池的極性
太陽能電池一般組成p+/n型結構或曠n+/p型結構。其中，第一個符號，即p+/和n+/，表示太陽能電池正面光照層電導體材料的導電類型;第二符號，即n和p，表示太陽能電池背面襯底半導體材料的導電類型。
太陽能電池的電性能與制造電池所用的半導體材料的特性有關。在太陽光照射時，太陽能電池輸出電壓的極性，p型一側(cè)電極為正，n型一側(cè)電極為負。
當太陽能電池作為電源與外電路連接時，太陽能電池在正向狀態(tài)下工作。
(2)太陽能電池的電流一電壓特性
理想的p-n結特性曲線方程為：
式中：
i。——太陽能電池在無光照射時的飽和電流;
q一一電子電荷;
k/b--理爾茲曼常數(shù):
a一一常數(shù)因子(正偏壓大時a=1，正偏壓小時a=2)。
當il=0時，電壓u即為uco可用下式表示:
根據(jù)以上兩式作圖""就可得到太陽能電池的電流一電壓關系曲線。這個曲線簡稱為i-u曲線或伏安曲線，如圖3所示。
圖3太陽能電池的i-u關系圖a：未受光照;b：受光照
imp為最大負載電流，ump為最大負載電壓。在此負載條件下，太陽能電池輸出功率最大，在電流一電壓坐標系中對應的這一點，稱為雖大功率點;對應的負載.稱為最大負載。
評價太陽能電池的輸出特性.還有-個重要參數(shù)，叫做填充因子(ff)。它與開路電壓短路電流和負載電壓、負載電流的系數(shù)關系為:
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