光伏效应 光伏效应 光伏效应是物理学的基本现象,是光伏电池功能的基础。当光以光子的形式照射到半导体材料(例如太阳能电池中使用的硅)的表面时,就会发生这种情况。当光子与材料相互作用时,它们将其能量转移到半导体结构中的电子。 光子的能量激发电子,从而将它们从原子轨道上解放出来。然后这些释放的电子获得动能并在材料中移动。正是这种电子运动产生了电流。然而,在激发态下,电子倾向于与材料中的空穴(缺失电子留下的间隙)重新结合,这可能会抵消光伏效应。 为了避免这种不必要的复合,光伏电池被设计成产生PN结。在典型的太阳能电池中,半导体材料的顶层掺杂有具有过量电子的原子(n型),而底层则掺杂有过量空穴的原子(p型)。这种配置产生一个电场,将释放的电子引导到n型层,将空穴引导到p型层。 结果,光伏效应释放的电子被收集在光伏电池的n型表面上,而空穴被收集在p型表面上。这种电荷分离在两层之间产生电势,从而在阳光照射到电池时产生恒定的电流。然后,该电流可以用作为电器供电的电源,或存储在电池中以备后用。在导带的激发态下,这些电子可以自由地穿过材料,正是电子的这种运动在细胞中产生电流。
多晶硅电池 多晶硅电池: 这些电池由包含多个晶体的硅块制成,比单晶更容易生产,成本更低。 晶体之间的边界可能会略微降低效率,但随着时间的推移,技术进步已经提高了它们的性能。 它们在成本、效率和可持续性之间提供了良好的平衡。
薄膜电池: 这些电池是通过将一层薄薄的半导体材料直接沉积到基板上(例如玻璃或金属)制成的。 它们比硅电池更轻、更灵活,可以集成到各种应用中,例如软太阳能屋顶。 效率通常低于硅电池,但技术进步旨在提高其效率。
钙钛矿电池 钙钛矿电池: 钙钛矿基电池相对较新,由于其易于制造和高效率潜力而引起了极大的兴趣。 钙钛矿材料可以从液体溶液中沉积,为更便宜的制造工艺打开了大门。 然而,各种条件下的长期可持续性和稳定性仍然是挑战。大多数商业光伏电池是单结的,但也开发了多结光伏电池,以更高的成本实现更高的效率。
晶体硅: 单晶:这些电池由单个硅晶体制成,由于其均匀的结构而提供高效率。然而,它们的制造过程复杂且昂贵。 多晶:这些电池由几种硅晶体制成,比单晶电池生产起来更实惠。然而,由于晶体之间的边界,它们的有效性略低。
薄膜电池: 碲化镉(CdTe):这些细胞使用碲化镉作为半导体材料。它们生产成本低廉,通常用于大规模应用。然而,镉是有毒的,这引起了环境问题。 铜铟镓硒化物(CIGS):这些电池由铜,铟,镓和硒层组成。它们效率高,可以在柔性表面上制造,使其适用于某些特殊应用。