Каков принцип выработки электроэнергии солнечными батареями?

Now, more and more solar cells appear in people's field of vision. As long as there is sunlight, it can generate current, which is not too convenient. What is its principle? Today, I will briefly and slightly in-depth talk about the power generation principle of the most common crystalline silicon solar cells.

First of all, we have to introduce the raw material of crystalline silicon solar cells: silicon.These black and somewhat metallic things are polysilicon initially prepared by some chemical methods. Silicon is a semiconducting material, which means its conductivity is between that of a conductor and an insulator. Unlike metals, silicon's carriers have something called holes in addition to electrons.

Что такое дыра?

В самом внешнем слое атома кремния имеется четыре электрона. Если некоторые электроны получат определенное количество энергии из внешнего мира, они вырвутся на свободу и станут свободными электронами, а исходное положение электронов станет вакансией, а эта вакансия — дыркой. Все мы знаем, что электроны заряжены отрицательно, поэтому дырки эквивалентны положительно заряженным носителям.

Что ж, зная это, следующее, о чем мы хотим поговорить, это кремний P-типа и кремний N-типа. Это очень просто: кремний P-типа означает, что основными носителями являются дырки, а кремний N-типа означает, что основными носителями являются электроны. Какой? Вы говорите, что количество электронов и дырок должно быть одинаковым? Хм. Если чистота кремния составляет 100 процентов, конечно, их количество такое же, но что, если мы заменим часть кремния в элементе кремния элементом с пятью электронами в самом внешнем слое атома? Что, если заменить его элементом, имеющим только три электрона на внешней оболочке?

Двумя элементами, наиболее легированными в кремний, являются фосфор (плюс 5 валентность) и бор (плюс 3 валентность).

Кроме того, существует так называемый PN-переход, который представляет собой не просто кусок кремния P-типа и кусок кремния N-типа. Как правило, поверхность куска кремния P-типа легируется фосфором для формирования слоя кремния N-типа, и наоборот, так что PN-переход формируется в области, где Кремний типа P- и интерфейс кремния типа N-.

Формирование PN-перехода очень просто. Поскольку в кремнии P-типа много свободных дырок, а в кремнии N-типа много свободных электронов, из-за разницы в концентрации дырки в кремнии P-типа будет диффундировать в кремний N-типа, в то время как кремний N-типа имеет больше свободных электронов. Электроны в кремнии также диффундируют в кремний P-типа. Таким образом, электрическое поле будет формироваться в области стыка кремния P- и N--типа. Мы называем это встроенным-электрическим полем. По мере распространения диффузии напряженность электрического поля будет становиться все больше и больше, и электрическое поле будет подталкивать дырки к кремнию P-типа. толчок направления. Наконец, сила электрического поля и разность концентраций образуют баланс, в результате чего получается стабильный PN-переход.

Теперь заключительная часть. Как PN-переход вырабатывает электричество? Как полупроводник кремний обладает еще одним важным свойством. То есть, когда есть свет, электроны во внешнем слое кремния получают энергию от света, становятся свободными электронами и оставляют дырку в исходном положении, образуя пару электрон{0}}дырка. Если эта группа электронно--дырочных пар генерируется в области построения электрического поля в PN-переходе, то под действием силы электрического поля дырки переместятся в P-область, а электроны переехать в район N. Таким образом, на PN-переходе будет создаваться разность потенциалов. Если мы подключим два конца PN-перехода к электроду, а затем включим его, будет генерироваться ток.

Вышеизложенный принцип выработки электроэнергии солнечных батарей. Принцип довольно прост, но в производственном процессе, чтобы повысить эффективность батареи, есть много других процессов, которые необходимо улучшить.