太阳能电池的原理与特性
一、太阳能电池的原理太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。
图一太阳光照射在太阳能电池上示意图
太阳电池能量转换的基础是结的光生伏特效应。当光照射到p
结上时，产生电子一空穴对，在半导体内部结附近生成的载流子没有被复合而到达空间电荷区，受内建电场的吸引，电子流入
区，空穴流入p区，结果使
区储存了过剩的电子，p区有过剩的空穴。它们在p
结附近形成与势垒方向相反的光生电场。光生电场除了部分抵消势垒电场的作用外，还使p区带正电，N区带负电，在N区和P区之间的薄层就产生电动势，这就是光生伏特效应。此时，如果将外电路短路，则外电路中就有与入射光能量成正比的光电流流过，这个电流称作短路电流，另一方面，若将PN结两端开路，则由于电子和空穴分别流入N区和P区，使N区的费米能级比P区的费米能级高，在这两个费米能级之间就产生了电位差VOC。可以测得这个值，并称为开路电压。由于此时结处于正向偏置，因此，上述短路光电流和二极管的正向电流相等，并由此可以决定VOC的值。
f图二PN结的IV特性
图三
p
接面型太阳能电池原件的能带示意图
太阳光照在半导体p
结上，形成新的空穴电子对，在p
结电场的作用下，空穴由
区流向p区，电子由p区流向
区，接通电路后就形成电流。太阳能发电方式有两种：一种是光热电转换方式，另一种是光电直接转换方式。（1）光热电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。前一个过程是光热转换过程；后一个过程是热电转换过程，与普通的火力发电一样太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高，估计它的投资至少要比普通火电站贵5～10倍一座1000MW的太阳能热电站需要投资20～25亿美元，平均1kW的投资为2000～2500美元。因此，目前只能小规模地应用于特殊的场合，而大规模利用在经济上很不合算，还不能与普通的火电站或核电站相竞争。（2）光电直接转换方式该方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电r