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【原理】PN结太阳能电池之“我为什么会放电”

导读: 太阳能电池中发生光伏能量转换,将光能转化为电能有两个必要的条件。其一,光源的照射,电池吸收光,从而产生电子-空穴对。

  太阳能电池中发生光伏能量转换,将光能转化为电能有两个必要的条件。其一,光源的照射,电池吸收光,从而产生电子-空穴对;其二,由半导体的器件结构将电子-空穴对分开,并使电子流向负极、空穴流向正极,从而产生电流。以上两点的发生,可以称作光生伏打效应。

  具体来说。首先,我们知道,物质都是由原子组成的,原子由原子核和围绕原子核旋转的电子组成。半导体材料处于稳定状态时,原子核和核外电子紧密结合。当有外界激励,例如光照射到器件上时,能量大于硅禁带宽度的光子进入硅中后,会在P区、N区以及耗尽层(空间结构上等同于空间电荷区)中激发出光生电子-空穴对。通俗来讲,就是原子核和电子的结合力因光的刺激而降低,电子摆脱了原子核的束缚,成为自由电子。如下图:

  接下来,我们分析这三个区域产生电子-空穴对后,分别会有什么样的变化。

  以下图为例:

  

  耗尽层:当电子-空穴对在耗尽层中产生后,由N区指向P区的内建电场会立即把光生电子送向N区,将光生空穴推向P区。

  N区:当电子-空穴对在N区中产生后,以N区和PN结的交界面来看,由于内建电场的原因,交界面左侧空穴浓度低,于是N区的光生空穴便向PN结边界扩散,一旦达到PN结边界,又会受到内建电场的作用,在电场力的牵引下做漂移运动,越过耗尽层进入P区。而光生电子则留在了N区。

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