太阳能怎么利用？你知道太阳能电池是如何工作

太阳能是世界上最丰富、绝对可自由利用的能源。在过去的二十年里，太阳能在世界能源供应总量中的贡献显著增加。今天皓客将与你探讨太阳能电池或光伏电池是如何发电的。

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为了利用这种能量，我们需要沙子的帮助，沙子是地球上第二丰富的元素。沙子必须转化成99.999%的纯硅晶体，用于太阳能电池。要做到这一点，沙子必须经过复杂的净化。粗硅被转化成气态硅化合物。然后与氢气混合，得到高纯度多晶硅。这些硅锭被重塑并转换成非常薄的硅片，称为硅片。硅片是光伏电池的核心。

当我们分析硅原子的结构时，你可以看到它们是结合在一起的。当你与某人有联系时。你会失去自由。类似地，硅结构中的电子没有运动自由。为了便于研究，我们考虑硅晶体的二维结构。假设磷原子有五个价电子。注入其中。在这里，电子可以在这个结构中自由移动。当电子获得足够的能量时，它们就会自由移动。让我们试着用这种材料来制作高度简化的太阳能电池。当光线照射到它们时，电子会增加。光子的能量，并将自由移动。然而，电子的这种运动是随机的。它不会导致任何电流通过负载。为了使电子朝一个方向流动，需要一种简单实用的驱动力。驱动力是一个p-n结。

让我们看看p-n结如何产生类似于N型掺杂的驱动力。如果你把含三价电子的硼注入纯硅，每个原子都会有一个空穴。这被称为p型亢奋剂。如果这两种掺杂材料结合在一起，内部的一些电子将迁移到p区并填充那里的空穴。这样，由于电子迁移，在没有自由电子和空穴的地方形成势垒区。然后在边界处会有轻微的正电荷。P面带负电。这些电荷之间一定有电场。这个电场产生必要的驱动力。

让我们仔细看一看。当光照到P-N结时，会发生一些非常有趣的事情。光照在光伏电池的N区域，并穿透它到势垒区。该光子能量足以在势垒区产生电子空穴，势垒区中的电场将电子和空穴赶出势垒区。在这里，我们观察到N区的电子浓度和p区的空穴浓度变得非常高，以至于它们之间会有电位差。一旦我们在这些区域之间连接任何负载，电子就会开始流过负载。完成路径后，电子将与p区的空穴重新结合。通过这种方式，太阳能电池持续提供直流电。在实际应用中，你可以看到顶部的N层非常薄，并且掺杂很重，而p层非常厚，并且掺杂很轻。这是为了提高电池的性能。只需观察这里势垒区域的形成。你应该注意到，势垒区域的厚度要高得多。就在这里，与之前的案例相比。这意味着，由于光照射，电子-空穴对产生的区域比之前的情况更宽。这会导致光伏电池产生更多电流。另一个优点是顶层非常薄。更多的光能可以到达势垒区域。

现在让我们分析一下太阳能电池板的结构。你可以看到太阳能电池板有不同的层。其中之一是细胞层。你会惊讶地发现这些光伏电池是如何相互连接的。通过栅极线的电子被收集在主板上。电池的上负极连接到铜带的下一个电池的背面。在这里，它形成了一个串联。当你将这些电池串并联时，你将它们与另一个电池组并联。你会得到太阳能电池板。单个光伏电池只能产生约0.5伏的电压。串联和并联电池的组合将电流和电压值增加到可用范围。电池板上下两侧的EVA薄膜层可以保护电池免受冲击、振动、湿气和灰尘。

为什么太阳能电池板有两种不同的外观？这是由于内部晶格结构不同。在多晶太阳能电池板中，多晶是随机取向的。如果硅晶体的化学过程进一步纯化，多晶硅电池将变成单晶硅电池。虽然两者的工作原理相同。单晶电池具有更高的导电性。然而，这一模式仍然存在。由于成本高，晶体电池没有得到广泛应用。尽管光伏电池的运营成本可以忽略不计，但太阳能电池对全球总能源的贡献仅为1.3%。这主要是由于资金成本和效率。太阳能电池板的局限性与传统的能源选择不匹配。住在屋顶上的人可以选择在电池和太阳能充电控制器的帮助下储存电力。然而，就太阳能发电厂而言，不可能储存大量电能。因此，一般来说，它们与电网系统的连接方式与其他传统发电厂的输出方式相同。在功率逆变器的帮助下，直流电转换为交流电，并输入电网。

文章来源：《太阳能学报》 网址: http://www.tynxbzz.cn/zonghexinwen/2022/0304/1798.html