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什么叫光伏效应

信息来源:nooeoo.com  时间:2009-10-16  浏览次数:85

  早在1839年,法国科学家贝克雷尔(Becqurel)就发现,光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏打效应”,简称“光伏效应”。1954年,美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳电池,诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术。太阳电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏打效应,就是当物体受到光照时,物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。即当太阳光或其他光照射半导体的PN结时,就会在PN结的两边出现电压,叫做光生电压,使PN结短路,就会产生电流。中国太阳能产业联盟网
  光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件,再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。光伏发电的优点是较少受地域限制,因为阳光普照大地;光伏系统还具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电及建设同期短的优点。光生伏特效应简称为光伏效应,指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象。中国太阳能产业联盟网
  产生这种电位差的机理有好几种,主要的一种是由于阻挡层的存在。以下以P-N结为例说明。
  热平衡态下的P-N结同质结可用一块半导体经掺杂形成P区和N区。由于杂质的激活能量ΔE很小,在室温下杂质差不多都电离成受主离子NA-和施主离子ND+。在PN区交界面处因存在载流子的浓度差,故彼此要向对方扩散。设想在结形成的一瞬间,在N区的电子为多子,在P区的电子为少子,使电子由N区流入P区,电子与空穴相遇又要发生复合,这样在原来是N区的结面附近电子变得很少,剩下未经中和的施主离子ND+形成正的空间电荷。同样,空穴由P区扩散到N区后,由不能运动的受主离子NA-形成负的空间电荷。在P区与N区界面两侧产生不能移动的离子区(也称耗尽区、空间电荷区、阻挡层),于是出现空间电偶层,形成内电场(称内建电场)此电场对两区多子的扩散有抵制作用,而对少子的漂移有帮助作用,直到扩散流等于漂移流时达到平衡,在界面两侧建立起稳定的内建电场。
  P-N结能带与接触电势差:
  在热平衡条件下,结区有统一的EF;在远离结区的部位,EC、EF、Eν之间的关系与结形成前状态相同。
  q:电子电量中国太阳能产业联盟网
  UD:接触电势差或内建电势
  NA、ND、ni:受主、施主、本征载流子浓度。太阳能产业联盟
  可见UD与掺杂浓度有关。在一定温度下,P-N结两边掺杂浓度越高,UD越大。
  Uoc=(KT/q)ln(SE+I0)/I0≈
  短路电流Isc:
  a)无光照时热平衡态,NP型半导体有统一的费米能级,势垒高度为qUD=EFN-EFP。太阳能产业联盟
  b)稳定光照下P-N结外电路开路,由于光生载流子积累而出现光生电压Uoc不再有统一费米能级,势垒高度为q(UD-Uoc)。
  d)有光照有负载,一部分光电流在负载上建立起电压Uf,另一部分光电流被P-N结因正向偏压引起的正向电流抵消,势垒高度为q(UD-Uf)。

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