太阳能电池板如何工作

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弗莱克/奥康纳 法学院 太阳能已经覆盖了德国能源成本的50%以上. 显然,能源的未来是太阳能电池板。 他们工作的基本原则是什么? 太阳能电池一度几乎完全用于空间,例如作为卫星的主要动力来源。 从那时起,太阳能电池板越来越多地进入我们的生活:它们覆盖了房屋和汽车的屋顶,被用在手表甚至暗镜中. 但太阳能电池板怎么工作? 如何把阳光能量转化为电力?

基本原则

太阳能电池板由光伏电池组成,装入一个共同的框架。 每种由半导体材料所制成,如硅,最常被用在太阳板上.

当射线落在半导体上时会加热,部分吸收它们的能量. 能量的流入会释放出半导体内部的电子. 一个电场被接入了太阳电池上,它能引导自由电子,导致它们朝某个方向运动. 这种电子流形成电流.

如果将金属接触器应用到光电池上下方,可以通过电线引导产生的电流并用于各种设备的操作. 电流强度与电池电压一起决定了光电池产生的电能.



太阳能电池板 \ depositphotos.com

硅半导体

以硅为例考虑放出电子的过程. 一个硅原子有三个外壳有14个电子. 前两发炮弹分别由2个和8个电子完全填充. 第三个外壳是半空的,只有4个电子.

因此,硅具有晶体形状;试图填补第三外壳中的空隙,硅原子试图与相邻的"共享"电子. 然而,纯正形态的硅晶体是一个较差的导体,因为几乎所有其电子都牢牢地坐入了晶体花纹.

因此,太阳能电池板不使用纯硅,而将具有小杂质的晶体,即其他物质的原子引入硅. 每百万个硅原子只有一个原子,例如磷原子.

磷的外壳有5个电子. 其中四个与相邻的硅原子形成晶体结合,但第五个电子实际上被留在了太空中,没有同相邻的原子形成任何结合.

当阳光击中硅时,其电子会得到额外的能量,这足以将它们从相应的原子上撕去. 因此,“漏洞”仍留在原地。 作为电流的载体 释放出的电子在晶体上徘徊 当他们遇到另一个洞时,就会填满.

然而,在纯硅中,这种自由电子太少了,因为晶体上原子的紧密结合. 另一件事 硅与磷的混合 在磷原子中释放出无约束电子需要的能量要少得多.

这些电子大多成为自由载体,可以高效地定向并用于发电. 添加杂质来改善物质的化学和物理性质的过程称为兴奋剂.

与磷原子相接而成的硅会成为正型电子半导体(取自"负"字,由於电子的负电荷.

硅也用硼来制取,其外壳中只有3个电子. 结果是一种p-型半导体(取自"正"),其中会产生自由正电荷"孔".

太阳能电池装置

那么,当你连接n-型半导体到p-型半导体时会发生什么? 在第一个中,许多自由电子被形成,在第二个中,许多孔. 电能往往能以最快的速度填入孔口,但如果发生这种情况,两个半导体都会变得电能中和.

相反,当自由电子进入p型半导体时,两种物质相接处的区域会被充电,形成一个不易穿越的屏障. 在过渡的p-n边界上有一个电场.

每个光子的光能通常足以释放出一个电子,因此形成一个外洞. 如果这种情况发生在p-n相交口附近,电场会将自由电子发送到n-侧,将孔发送到p-侧.

因此,平衡受到更大的干扰,如果一个外电场被应用到系统中,自由电子会流向p-侧以填充孔口,从而产生出一股电流.

不幸的是,硅反应光线相当好,这意味着相当一部分光子会白白地消失. 为了减少损失,太阳能电池被涂上抗反光涂层. 最后,为了保护太阳能电池免受雨和风的影响,也习惯用玻璃来遮盖.

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世界最大的太阳能飞船 PlanetSolar/Philip Plison号

现代太阳能电池的效率并不高. 他们大部分能有效处理12%到18%的阳光。 最好的样本超过了40%的效率障碍。



资料来源:裸体科学.ru/文章/裸体科学/如何索拉尔细胞-工作。