天天讨论光伏发电，你知道太阳能电池发【fā】电的原理吗? 本文分【fèn】别用文字和视频两种形式【shì】，介绍了【le】晶硅太阳能电池的【de】发电原理。属于科普级别【bié】，非【fēi】常【cháng】通俗【sú】易懂。
太阳能电池发电原理
一、N型半导体与P型半导体
完【wán】全纯净的、具有【yǒu】晶体【tǐ】结构【gòu】的半导体，称为本征半导体，原子之间形【xíng】成共价键，其结构如图9-21所示。共价键中【zhōng】的两个【gè】电子，称【chēng】为【wéi】价电子。
图 1：本征半导体结构图
价电子在【zài】获得【dé】一定能量(温度【dù】升高或受光照【zhào】)后，即可挣脱原子核的束缚【fù】，成为自由电【diàn】子【zǐ】(带负电)，同时共价键【jiàn】中留下【xià】一个【gè】空位，称为空穴(带【dài】正电【diàn】)，如【rú】图9-21所示。自由电子【zǐ】和空穴都【dōu】称为【wéi】载流子，本征半导体中【zhōng】载流子【zǐ】数【shù】目极少，其导电性能很差。
图 2：价电子受激发后形成自由电子和空穴
在本征半【bàn】导【dǎo】体【tǐ】中掺【chān】入微量的杂【zá】质(某种元素)，形【xíng】成杂质半导【dǎo】体，可使其导电性能大大增强。
掺入五价磷元素取【qǔ】代【dài】硅原子，磷原子外层的五个【gè】外层电子【zǐ】的其中四个与周围的【de】半【bàn】导体【tǐ】原子形【xíng】成共价【jià】键，多【duō】出的【de】一【yī】个电子几乎不【bú】受束缚，较为容易【yì】地成为【wéi】自【zì】由电【diàn】子。因此，掺杂【zá】后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种【zhǒng】半导体的主要导电方式，称为N型【xíng】半【bàn】导体。
掺入【rù】三【sān】价硼元素取代硅原子，硼原子外【wài】层的三个外层电子与周围的半导体原子形成【chéng】共【gòng】价键的【de】时候【hòu】，会产生一个“空穴”。因此，掺杂后空穴数目大量【liàng】增【zēng】加，空穴【xué】导电成为【wéi】这种半导体的主要导【dǎo】电方式，称【chēng】为P型【xíng】半导体。
无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。
图 3-1a：N型半导体 图 3-2b：P型半导体
N型半导体的电子是多子，空穴是少子;
P型半导体的空穴是多子，电子是少子。
二、“PN结”与“光生伏特效应”
PN结是由一个N型掺杂区【qū】和一【yī】个P型掺杂区紧密接【jiē】触【chù】所构成的。在【zài】一块完整【zhěng】的硅片上，用不同的掺杂工艺使其【qí】一【yī】边形成N型半导【dǎo】体，另一边形成P型半导体，两【liǎng】种半导体的交界面附近的区域【yù】为PN结。太阳【yáng】能电池的基本结构就【jiù】是【shì】一个大面积【jī】平【píng】面【miàn】PN结。
在太阳光照射到PN结【jié】上【shàng】时，PN结吸收光能激发【fā】出电子和空穴，在【zài】PN结中产生电压，称为“光【guāng】生伏特效应【yīng】”或简【jiǎn】称“光伏效应【yīng】”。
图4：光伏发电原理
