光伏电池的原理是什么？

　　光伏电池就是太阳能电池，它的工作原理是利用半导体材料的PN结的光生电效应。

　　在太阳光照射下，一些特定的半导体内会产生自由电荷，这些自由电荷定向移动和积累并产生一定的电动势，可以向外电路提供电流，这种现象被称为光生伏特效应或光伏效应。

　　太阳能电池板有两种不同的结构形式，这是因为内部的晶体结构不同。两种晶硅体的原材料本身是一样的，只是制备工艺不同，多晶硅采用的是铸锭工艺，单晶硅是在多晶硅铸锭工艺的基础上增加了，拉棒工艺是硅分子排列结构一致，从而得到了更高导电性能的硅片。因为单晶硅电池具有更高效率的光电转换率，近两年来得到了大规模的普及和应用屋顶上的太阳能光伏板。来自太阳的能量是地球上最丰富和绝对免费的能源。

　　为了利用这种能量，我们需要地球上第二丰富的沙子元素的帮助。沙子必须转化成99.99999%的纯硅晶体，才能用于太阳能电池。

　　要做到这一点，沙子必须经过一个复杂的净化过程。未加工的硅转化为气态硅化合物形式。然后将其与氢混合，得到高度纯化的多晶硅。这些硅料被融化铸锭以后，切割成180微米的薄片，称之为硅片。

　　硅片是光伏电池的核心，当分析硅原子的结构时，正常情况下硅原子只携带有4个电子，但是硅原子在共享周边的电子以后，就形成了每个原子周围8个电子的稳固的分子形态，这些相邻的电子就像结合在一起，无法自由移动。

　　

　　为了便于理解，考虑硅晶体的二维结构，假设有5价电子的磷原子被注入硅片中，5价电的磷原子和4价电的硅原子结合，就产生一个多余的自由电子，这种掺杂就形成了电池片的N型区。

　　高度净化的太阳能电池。只用这种材料，当光线照射它们时，电子将获得光子能量并可以自由移动，然而电子的这种运动是随机的，它不会导致任何电流通过负载。要使电子流单向流动，就需要一个驱动力，PN结是一种简单实用的产生动力的方法。

　　与N型掺杂类似，如果在硅片中注入3价电子的硼原子，3价电的硼原子与4价电的硅原子结合，就会形成一个空穴区，也就是说它再吸附1个电子，这种掺杂形成了电池片的P型区。

　　如果这两种掺杂的材料结合在一起，一些电子将从N端迁移到P区域，填补那里的空穴，这样就形成了那里没有自由电子和空穴的耗尽区。

　　由于电子迁移，N侧边界略带正电荷，P侧边界带负电荷。在这些电荷之间肯定会形成一个电场，这个电场产生必要的驱动力。当光线照射到PN结，电池的末端区域穿透并达到耗尽区域。这个光子能量足以在耗尽区产生电子空穴对，耗尽区中的电场将电子和空穴逐出耗尽区。

　　电子在N区和空穴P区的浓度变得如此之高，以至于它们之间会产生电位差。一旦连接了这些区域之间的任何负载，电子就会开始流过负载，电子在完成他们的路径后与P区的空穴区重新结合。这样太阳能电池就可以连续地提供直流电。

　　在实际的太阳能电池中，可把这些串联起来，连接起来的电池与另一个电池总并联，你就得到了太阳能电池板，一个光伏电池只产生0.5左右的电压，电池组的串联和并联组合，将电流和电压值增加到一个可用范围。

　　光伏板产生的直流，通过蓄电瓶存储电的能，经过逆变器转换成交流电，就可以进入380伏的低压电网，用户可以选择优先自用或全额上网两种电费结算方式。

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　　审核编辑 ：李倩