太阳能电池板的原理及制造方法

随着太阳能电池板的流行，很多人想要在太阳能电池板市场分一杯羹，下面我们一起来看看太阳能电池板的原理和制作方法。

太阳能电池板的原理及制造方法

太阳能电池板原理分析

太阳能电池板是通过吸收太阳光，通过光电效应或光化学效应直接或间接将太阳辐射能量转化为电能的装置。大多数太阳能电池板主要由“硅”制成。然而，由于生产成本高，不能广泛和普遍使用。

太阳辐射能量通过直接光电转换直接转化为电能，光电转换的基本器件是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光伏效应直接将太阳能转化为电能的装置。它是一个半导体光电二极管。当阳光照射在光电二极管上时，光电二极管会将太阳能转化为电能并产生电流。当许多电池串联或并联时，它们可以成为输出功率相对较大的太阳能电池阵列。

太阳能电池是一种很有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点。太阳能电池使用寿命长。只要太阳存在，太阳能电池一次投资就可以长期使用。与火力发电和核能发电相比，太阳能电池不会造成环境污染；太阳能电池可大可小，从百万千瓦的中型电站到一户一套的太阳能电池，这是其他电源无法比拟的。

太阳能电池的物理基础

当太阳光照射到P-N结时，半导体中的电子由于获得光能而释放电子，相应地产生电子-空穴对。在势垒电场的作用下，电子被驱动到型区，空穴被驱动到P型区，这样每个区都有剩余电子，P区有剩余空穴。因此，在pn结附近形成了与势垒电场相反的光生电场。

如果半导体中存在P-N结，则在P型和N型界面两侧形成势垒电场，可以将电子驱动到N区，将空穴驱动到P区，从而在N区有过剩电子，在P区有过剩空穴，在P-N结附近形成与势垒电场方向相反的光的电场。

1.本征半导体

物质的导电性取决于它的原子结构。导体一般是低价元素，其最外层的电子很容易脱离原子核的束缚，成为自由电子，在外部电场的作用下定向运动，形成电流。高价元素(如惰性气体)或高分子物质(如橡胶)，其最外层电子被原子核强束缚，很难变成自由电子，因此导电性差，成为绝缘体。常用的半导体材料硅(Si)和锗(Ge)都是四价元素，它们最外层的电子既没有导体那么容易挣脱原子核的束缚，也没有绝缘体那么紧被原子核束缚，所以它们的导电性介于两者之间。

纯半导体通过一定的工艺过程制成单晶，称为本征半导体。晶体中的原子在空间形成有序的晶格，相邻的原子形成共价键。

晶体中的共价键具有很强的结合力，所以在常温下，只有少数价电子由于热运动(热激发)而获得足够的能量，从而脱离共价键，成为自由电子。与此同时，共价键中会留下一个洞。原子因失去一个价电子而带正电，或者空穴带正电。在本征半导体中，自由电子和空穴成对出现，即自由电子和空穴的数量相等。

如果自由电子在运动过程中遇到空穴，就会填充空穴，同时使空穴消失。这种现象叫做重组。在一定温度下，本征激发产生的自由电子和空穴对的数量等于复合自由电子和空穴对的数量，从而达到动态平衡。

能带理论:

1.当单个原子中的电子围绕原子核运动时，每个轨道中的电子都有各自的比能；

2.离原子核轨道越近，电子能量越低；

3.根据能量最小原理，电子总是先占据最低能级；

4.价电子占据的能带称为价带；

5.价带以上有禁带。禁带中没有电子占据的能级。

6.禁带以上是导带，导带内的能级是价电子脱离共价键成为自由电子的能级；

7.带隙用Eg表示，其值与半导体材料及其温度有关。T=300K时，Eg = 1.1eV硅；锗的当量为0.72电子伏。

2.杂质半导体

杂质半导体:杂质半导体可以通过扩散工艺在本征半导体中掺杂少量杂质元素而获得。

可以在不使用掺杂的杂质元素的情况下形成n型半导体和P型半导体。杂质半导体的导电性可以通过控制杂质元素的浓度来控制。

N型半导体:N型半导体是通过在纯硅晶体中掺杂五价元素(如磷)来取代硅原子在晶格中的位置而形成的。

由于最外层的杂质原子有五个价电子，所以除了与周围的硅原子形成共价键外，还有一个电子。多余的电子不被共价键束缚，变成自由电子。在N型半导体中，自由电子的浓度大于空穴的浓度，所以自由电子称为多数载流子，空穴称为少数载流子。杂质原子被称为施主原子，因为它们可以提供电子。

P型半导体:P型半导体是通过在纯硅晶体中掺杂三价元素(如硼)来取代硅原子在晶格中的位置而形成的。

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