【刘工总结】光伏组件封装材料总结之—太阳能电池总结之光伏发电原理

1.4、光生伏打效应

1839年贝克勒尔利用一些材料受光照而产生了电流。这就是众所周知的光生伏特效应。

1.4.1、发电原理

太阳能电池是由半导体材料制作而成，内部是由多个P-N结并联而成。在没有光照的情况下，太阳能电池可以看作是一个二极管，其内部载流子处在动态平衡状态，不存在电流。

设入射光垂直P-N结面。如果结较浅，光子将进入P-N结区，甚至更深入到半导体内部。能量大于禁带宽度的光子，由本征吸收在结的两边产生电子-空穴对。在光激发下多数载流子浓度一般改变较小，而少数载流子浓度却变化很大，因此应主要研究光生少数载流子的运动。

图1-7光照对内电场电势的影响
由于pn结势垒区内存在较强的内建电场（自n区指向p区），结两边的光生少数载流子受该场的作用，各自向相反方向运动：p区的电子穿过p-n结进入n区；n区的空穴进入p区，使p端电势升高，n端电势降低，于是在p-n结两端形成了光生电动势，这就是p-n结的光生伏打效应。由于光照在p-n结两端产生光生电动势，相当于在p-n结两端加正向电压V，使势垒降低为qVD-qV，产生正向电流IF。

在p-n结开路的情况下，光生电流和正向电流相等时，p-n结两端建立起稳定的电势差Voc，（p区相对于n区是正的），这就是光电池的开路电压。如将pn结与外电路接通，只要光照不停止，就会有源源不断的电流通过电路，p-n结起了电源的作用。这就是光电池的基本原理。

图1-8太阳能发电原理示意图
1.4.2、光伏效应的条件

1、半导体材料对一定波长的入射光有足够大的光吸收系数α，即要求入射光子的能量hν大于或等于半导体材料的带隙Eg，使该入射光子能被半导体吸收而激发出光生非平衡的电子空穴对。

2、具有光伏结构，即有一个内建电场所对应的势垒区。势垒区的重要作用是分离了两种不同电荷的光生非平衡载流子，在p区内积累了非平衡空穴，而在n区内积累起非平衡电子。产生了一个与平衡pn结内建电场相反的光生电场，于是在p区和n区间建立了光生电动势（或称光生电压）。（作者微信公众账号：光伏经验网）

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