Який принцип виробництва електроенергії від сонячних батарей?

Now, more and more solar cells appear in people's field of vision. As long as there is sunlight, it can generate current, which is not too convenient. What is its principle? Today, I will briefly and slightly in-depth talk about the power generation principle of the most common crystalline silicon solar cells.

First of all, we have to introduce the raw material of crystalline silicon solar cells: silicon.These black and somewhat metallic things are polysilicon initially prepared by some chemical methods. Silicon is a semiconducting material, which means its conductivity is between that of a conductor and an insulator. Unlike metals, silicon's carriers have something called holes in addition to electrons.

Що таке отвір?

У зовнішньому шарі атома кремнію є чотири електрони. Якщо деякі електрони отримають певну кількість енергії із зовнішнього світу, вони вивільняться і стануть вільними електронами, а початкове положення електронів стане вакансією, а ця вакансія є діркою. Всі ми знаємо, що електрони заряджені негативно, тому дірки еквівалентні позитивно зарядженому носієві.

Знаючи це, наступне, про що ми хочемо поговорити, це кремній P-типу та кремній типу N-. Це дуже просто, кремній типу P- означає, що дірки є основними носіями, а кремній типу N- означає, що електрони є основними носіями. Що? Ви кажете, що кількість електронів і дірок має бути однаковою? Хм. Якщо чистота кремнію становить 100 відсотків, звісно, ​​кількість їх однакова, але що, якщо ми замінимо частину кремнію в елементі кремнію елементом з п’ятьма електронами в крайньому шарі атома? Що, якщо замінити його елементом лише з трьома електронами у найвіддаленішій оболонці?

Двома елементами, найбільш легованими в кремній, є фосфор (плюс 5 валентності) і бор (плюс 3 валентності).

Тоді існує щось, що називається PN-переходом, який є не просто шматком кремнію типу P- і шматком кремнію типу N-. Як правило, поверхня шматка кремнію типу P- легується фосфором для утворення шару кремнію типу N-, і навпаки, так що PN-перехід утворюється в області, де Кремній типу P- і силіконовий інтерфейс типу N-.

Формування PN-переходу дуже просте. Оскільки в кремнії типу P- є багато вільних дірок, а в кремнії типу N- багато вільних електронів, через різницю в концентрації дірки в кремнії типу P- буде дифундувати в кремній типу N-, тоді як кремній типу N- має більше вільних електронів. Електрони в кремнії також дифундують у кремній типу P-. Таким чином, у ділянці стикання кремнію типу P і N- утвориться електричне поле. Ми називаємо це вбудованим-електричним полем. У міру розвитку дифузії напруженість електричного поля буде ставати все більшою і більшою, і електричне поле буде штовхати дірки до кремнію типу P-. напрямок поштовх. Нарешті, сила електричного поля і різниця концентрацій утворюють баланс, отримуючи таким чином стабільний PN-перехід.

Тепер фінальна частина. Як PN-перехід виробляє електроенергію? Як напівпровідник кремній має ще одну важливу властивість. Тобто, коли є світло, електрони у зовнішньому шарі кремнію отримають енергію від світла, щоб стати вільними електронами та залишити дірку у вихідному положенні, щоб утворити пару електронних-дірок. Якщо ця група пар електронних-дірок генерується в області, де електричне поле будується в PN-переході, під дією сили електричного поля дірки переміщаться в область P, і електрони будуть переїхати в N регіон. Таким чином, через PN-перехід буде створюватися різниця потенціалів. Якщо підключити два кінці PN-переходу до електрода, а потім включити його, то виникне струм.

Вище описано принцип виробництва енергії сонячних елементів. Принцип досить простий, але в процесі виробництва, щоб підвищити ефективність батареї, є багато інших процесів, які необхідно вдосконалити.