作业帮叠层太阳电池原理
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/05/02 17:06:38
叠层太阳电池原理
叠层太阳电池原理
叠层太阳电池原理
太阳电池的发电原理,可以用一构造最简单的单晶硅太阳电池来说明.所谓的单晶硅,就是指硅原子与硅原子间按照顺序规则的排列.我们知道,硅(Si)的原子序为14,其电子组态为1s2 2s2 2p6 3s2 3p2,其中内层的10个电子(1s2 2s2 2p6 ),被原子核紧密的束缚著,而外层的4个电子(3s2 3p2 )受到原子核的束缚较小,如果得到足够的能量,则可使其脱离原子核的束缚而成为自由电子,硅原子外层的这四个电子又称为价电子,而硅的晶体结构是属於钻石晶体结构(diamond crystal structure),每个硅原子与邻近的四个硅原子形成共价键,如果我们在纯硅之中掺入三价的杂质原子,例如硼原子(B),此三价的杂质原子,将取代硅原子的位置,因为硼原子只有三个价电子可与邻近的硅原子形成共价键,所以在硼原子的周围会產生一个空缺,可供电子填补,此一可填补电子的空缺即称为电洞.电洞在电学中可视为一可移动且带正电的载子(carrier),因为电洞可以接受一个电子,所以掺入的三价杂质原子又称为受体(acceptor),而一个掺入三价杂质的半导体,即称为p型半导体. 同理,如果我们在纯硅之中掺入五价的杂质原子,例如磷原子(P),此五价的杂质原子,将取代硅原子的位置,因为磷原子具有五个价电子,其中的四个价电子分别与邻近的四个硅原子形成共价键,而多出一个自由电子,该电子为一带负电的载子,因为五价的杂质原子可提供一个自由电子,故称此五价的杂质原子为施体(donor),而掺了施体的半导体称为n型半导体. 一般太阳电池是以掺杂少量硼原子的p型半导体当作基板(substrate),然后再用高温热扩散的方法,把浓度略高於硼的磷掺入p型基板内,如此即可形成一p-n接面,而p-n接面是由带正电的施体离子与带负电的受体离子所组成,在该正、负离子所在的区域内,存在著一个内建电位(built-in potential),此内建的电位,可驱赶在此区域中的可移动载子,故此区域称之为空乏区(depletion region).当太阳光照射到一p-n结构的半导体时,光子所提供的能量可能会把半导体中的电子激发出来,產生电子-电洞对,电子与电洞均会受到内建电位的影响,电洞往电场的方向移动,而电子则往相反的方向移动.如果我们用导线将此太阳电池与一负载(load)连接起来,形成一个迴路(loop),就会有电流流过负载,这就是太阳电池发电的原理