光伏发电的基本原理是利用半导体的光生伏特效应(Photovoltaic Effect,PV),在太阳能电池内部PN 结上形成电位差,从而将太阳能转换为电能,因此光伏电池是决定光伏发电效率的核心器件。
光伏电池中的最核心部分是 PN 结,作为光伏电池的基本结构单元,在P型(掺硼)半导体 和 N 型(掺磷)半导体的交界面形成。P 型半导体掺杂元素为硼,空穴作为多数载流子(多子) 主要参与导电,电子是少数载流子(少子);N 型半导体掺杂元素为磷,电子作为多子主要参与 导电,空穴是少子。
由于半导体内载流子浓度的差异,在 PN 结会形成一个由 N 指向 P 的内电场。当太阳光照射在半导体表面, PN 结附近的电子吸收能量变为移动的自由电子,同时在原来的位置形成空穴。自由电子受到内电场的作用会向 N 区漂移,同时对应空穴向 P 区漂移。当连接电池正负极形成闭合回路时,自由电子受到内电场的力从N 区经过导线向 P 区移动,在外电路产生电流。
根据半导体材料的不同,可以将太阳能电池分为晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池。晶硅电池是研究最早、最先进入应用的第一代太阳能电池技术,按照材料的形态可分为单晶硅电池和多晶硅电池,其中单晶硅电池根据基体硅片掺杂不同又分为 P 型电池和 N 型电池。目前应用最为广泛的单晶PERC电池即为P型单晶硅电池,而TOPCon、异质结、IBC 等新型太阳能电池技术主要是指 N 型单晶硅电池。
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