光伏原理基础知识
光伏原理基础知识
下载本文档(pdf) 一、电子带和“传导带”间的关系
原子中一个电子所拥有的能量决定着它的运动轨道。为了使电子从原子核附近的某个轨道跃迁到较远的轨道上，必须给它适当的能量。量子理论指出，原子内部一定的能量区域称为“能级”。在普通原子中最外层的电子组成价电子，并且处于“价电子带”。电的传导主要是电子运动的结果，而这些电子离核通常比价电子离核更远，因此，我们必须考虑价电子带和“传导带”间的关系。在良导体，像金属中，价电子带和传导带重合，所以总有电子可以用于传导。在绝缘体中，传导带的最小值和价电子带的最大值之间有相当大的间隙。 在元素硅中(周期
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中第IV族)，由于能带之间的间隙太大，如果不能获得很大的能量，电子就不可能跃迁，所以这些材料是非导体。但是如果在纯硅中掺入少量别的元素，这些杂质在价电子带和传导带之间能起“台阶”的作用。
二、P型半导体
如果杂质是周期表中第?族中的一种元素??受主杂质，例如硼，它们的价电子带都只有三个电子，并且它们传导带的最小能级低于第?族元素的传导电子能级。因此电子能够更容易地由硅的价电子带跃迁到硼的传导带。在这个过程中，由于失去了电子而产生了一个正离子，因为这对于其它电子而言是个“空位”，所以通常把它叫做“空穴”，而这种材料被称为“P”型半导体。在这样的材料中传导主要是由带正电的空穴引起的，因而在这种情况下电子是“少数载流子”。
三、N型半导体
如果掺入的杂质是周期表第V族中的某种元素??施主杂质，例如磷，这些元素的价电子带都有五个电子，然而，杂质元素价电子的最大能级大于硅的最大能级，因此电子很容易从这个能级进入第?族元素的传导带。这些材料就变成了半导体。因为传导性是由于有多余的负离子引起的，所以称为“N”型。也有些材料的传导性是由于材料中有多余的正离子，但主要还是由于有大量的电子引起的，因而(在N型材料中)电子被称为“多数载流子”。
四、太阳能电池发电原理
P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P,N结。当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收;光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P,N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是:光子能量转换成电能的过程。
在P型半导体和N型半导体结合后，由于N型区内电子很多而空穴很少，而P型区内空穴很多电子很少，在它们的交界处就出现了电子和空穴的浓度差别。这样，电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。于是，有一些电子要从N型区向P型区扩散，也有一些空穴要从P型区向N型区扩散。它们扩散的结果就使P区一边失去空穴，留下了带负电的杂质离子,N区一边失去电子，留下了带正电的杂质离子。半导体中的离子不能任意移动，因此不参与导电。这些不能移动的带电粒子在P和N区交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，就是所谓的PN结。空间电荷区有时又称为耗尽区。扩散越强，空间电荷区越宽。 在出现了空间电荷区以后，由于正负电荷之间的相互作用，在空间电荷区就形成了一个内电场，其方向是从带正电的N区指向带负电的P区。显然，这个电场的方向与载流子扩散运动的方向相反它是阻止扩散的。 另一方面，这个电场将使N区的少数载流子空穴向P区漂移，使P区的少数载流子电子向N区漂移，漂移运动的方向正好与扩散运动的方向相反。从N区漂移到P区的空穴补充了原来交界面上P区所失去的空穴，从P区漂移到N区的电子补充了原来交界面上N区所失去的电子，这就使空间电荷减少，因此，漂移运动的结果是使空间电荷区变窄。
当漂移运动达到和扩散运动相等时，PN结便处于动态平衡状态。
五、晶体硅太阳能电池的制作过程
“硅”是我们这个星球上储藏最丰量的材料之一。自从19世纪科学家们发现了晶体硅的半导体特性后，它几乎改变了一切，甚至人类的思维。20世纪末，我们的生活中处处可见“硅”的身影和作用，晶体硅太阳能电池是近15年来形成产业化最快的。生产过程大致可分为五个步骤:a、提纯过程 b、拉棒过程 c、切片过程 d、制电池过程 e、封装过程。
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