天天讨论光伏发电，你知道太阳能电池发【fā】电【diàn】的原理吗? 本文分别用【yòng】文字和视【shì】频两种形式，介绍了晶硅太阳能电池的发【fā】电原理。属于【yú】科普级别【bié】，非【fēi】常【cháng】通【tōng】俗易懂。
太阳能电池发电原理
一、N型半导体与P型半导体
完全纯净的、具有晶体结构【gòu】的半导体，称为本征【zhēng】半导体，原子【zǐ】之【zhī】间形成共价键【jiàn】，其结构如图9-21所示【shì】。共价键中的【de】两个电子，称为【wéi】价电子。
图 1：本征半导体结构图
价电子在获得一【yī】定能量(温度升高或受光照)后，即可【kě】挣【zhèng】脱原子核的【de】束【shù】缚，成为【wéi】自由电子(带【dài】负电)，同时共【gòng】价键中留下一个空【kōng】位，称为空【kōng】穴(带正电【diàn】)，如【rú】图【tú】9-21所示。自由电子和空穴都称【chēng】为载流子，本征半导【dǎo】体中载流子数【shù】目极【jí】少【shǎo】，其导电性能【néng】很差。
图 2：价电子受激发后形成自由电子和空穴
在本【běn】征半导体中【zhōng】掺【chān】入微量的杂质(某种元素)，形成杂质半导【dǎo】体，可使其【qí】导电【diàn】性【xìng】能大大增强。
掺【chān】入五价磷【lín】元素【sù】取代【dài】硅原子，磷原子外【wài】层的【de】五个外层电【diàn】子的其中四个与周【zhōu】围的【de】半【bàn】导体原子形成共价键，多【duō】出【chū】的一个电子几【jǐ】乎【hū】不受束【shù】缚，较为容易地成为【wéi】自由【yóu】电子。因此，掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半【bàn】导【dǎo】体的主要导电【diàn】方式，称为N型【xíng】半导体。
掺入三价硼【péng】元素取代【dài】硅原子【zǐ】，硼原子外【wài】层的三个【gè】外层电【diàn】子与周围的半导【dǎo】体原子形成【chéng】共价【jià】键的时候，会【huì】产生一个“空穴”。因此，掺杂后空穴数目【mù】大【dà】量增加，空穴导电【diàn】成为【wéi】这种半导体的主【zhǔ】要导电方式，称为P型半导【dǎo】体【tǐ】。
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【jié】是由【yóu】一个N型掺杂区【qū】和一个P型掺杂区紧密【mì】接【jiē】触所构成的。在一块完整的硅片上，用不同的掺杂工艺使其【qí】一边形成N型半导体，另一边【biān】形【xíng】成P型半导体，两种半【bàn】导体的交界面【miàn】附近的区域为PN结。太阳能电池的【de】基本【běn】结构就【jiù】是一个【gè】大面【miàn】积平【píng】面【miàn】PN结。
在太阳光照【zhào】射到PN结上时，PN结吸收光能激发【fā】出电子【zǐ】和空穴【xué】，在【zài】PN结中产生电压【yā】，称【chēng】为“光生【shēng】伏特效应”或简称“光伏效应【yīng】”。
图4：光伏发电原理
