Was ist das Prinzip der Solarzellen-Stromerzeugung?

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.

Was ist ein Loch?

In der äußersten Schicht des Siliziumatoms befinden sich vier Elektronen. Wenn einige Elektronen eine bestimmte Menge an Energie von der Außenwelt erhalten, werden sie sich befreien und zu freien Elektronen werden, und die ursprüngliche Position der Elektronen wird zu einer Leerstelle, und diese Leerstelle ist ein Loch. Wir alle wissen, dass Elektronen negativ geladen sind, Löcher also einem positiv geladenen Ladungsträger entsprechen.

Nun, wenn wir das wissen, wollen wir als nächstes über P--Typ-Silizium und N--Typ-Silizium sprechen. Dies ist sehr einfach, Silizium vom P--Typ bedeutet, dass Löcher die Majoritätsträger sind, und Silizium vom N--Typ bedeutet, dass Elektronen die Majoritätsträger sind. Was? Sie sagen, die Anzahl der Elektronen und Löcher sollte gleich sein? Hmm Wenn die Reinheit von Silizium 100 Prozent beträgt, ist die Anzahl natürlich gleich, aber was wäre, wenn wir einen Teil des Siliziums im Element Silizium durch ein Element mit fünf Elektronen in der äußersten Schicht des Atoms ersetzen? Was ist, wenn Sie es durch ein Element mit nur drei Elektronen in der äußersten Schale ersetzen?

Die beiden am stärksten in Silizium dotierten Elemente sind Phosphor (Wertigkeit plus 5) und Bor (Wertigkeit plus 3).

Dann gibt es einen sogenannten PN-Übergang, der nicht einfach ein Stück P--Typ-Silizium und ein Stück N--Typ-Silizium ist. Im Allgemeinen wird eine Oberfläche eines Stücks aus P--Typ-Silizium mit Phosphor dotiert, um eine Schicht aus N--Typ-Silizium zu bilden, und umgekehrt, so dass ein PN-Übergang in dem Bereich gebildet wird, wo die P--Typ-Silizium und die N--Typ-Silizium-Schnittstelle.

Die Bildung des PN-Übergangs ist sehr einfach. Da in P--Typ-Silizium viele freie Löcher und in N--Typ-Silizium viele freie Elektronen vorhanden sind, sind aufgrund des Konzentrationsunterschieds die Löcher in P--Typ-Silizium diffundiert in Silizium vom N--Typ, während das Silizium vom N--Typ mehr freie Elektronen hat. Elektronen in Silizium diffundieren auch in Silizium vom P--Typ. Auf diese Weise wird in dem Bereich, in dem sich P- und N--Silizium treffen, ein elektrisches Feld gebildet. Wir nennen es ein eingebautes -elektrisches Feld. Mit fortschreitender Diffusion wird die elektrische Feldstärke immer größer und das elektrische Feld drückt die Löcher zum Silizium vom P--Typ. Richtung drücken. Schließlich bilden die elektrische Feldstärke und die Konzentrationsdifferenz ein Gleichgewicht, wodurch ein stabiler PN-Übergang erhalten wird.

Nun zum letzten Teil. Wie erzeugt der PN-Übergang Strom? Als Halbleiter hat Silizium eine weitere wichtige Eigenschaft. Das heißt, wenn Licht vorhanden ist, erhalten die Elektronen in der äußeren Siliziumschicht Energie aus dem Licht, um zu freien Elektronen zu werden und ein Loch an der ursprünglichen Position zu hinterlassen, um ein Elektron--Loch-Paar zu bilden. Wenn diese Gruppe von Elektron--Loch-Paaren in dem Bereich erzeugt wird, in dem das elektrische Feld im PN-Übergang aufgebaut wird, bewegen sich die Löcher unter der Wirkung der elektrischen Feldkraft in den P-Bereich und die Elektronen Bewegen Sie sich in die N-Region. Auf diese Weise wird über dem PN-Übergang eine Potentialdifferenz erzeugt. Wenn wir die beiden Enden des PN-Übergangs mit der Elektrode verbinden und dann einschalten, wird ein Strom erzeugt.

Das Obige ist das Stromerzeugungsprinzip von Solarzellen. Das Prinzip ist ganz einfach, aber im Produktionsprozess gibt es viele andere Prozesse, die verbessert werden müssen, um die Batterieeffizienz zu verbessern.