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太阳能电池如何工作?

2017-11-16

太阳能(或光伏)电池将太阳能转化为电能。无论他们装饰你的计算器还是在卫星上绕行星,它们都依赖于光电效应:物质在光线照射时发射电子的能力。

硅是所谓的半导体,也就是说,它具有金属和电绝缘体的一些特性,使其成为太阳能电池中的关键成分。让我们仔细看看太阳照射到太阳能电池上会发生什么。

日光由称为光子的微小粒子组成,从太阳辐射。当它们撞击太阳能电池的硅原子时,它们将能量转移到松散的电子上,将它们从原子上清除掉。光子可以在游戏池中与白球相比较,它将能量传递给它撞击的彩球。

然而释放电子只是太阳能电池工作的一半,然后需要将这些杂散电子放入电流中。这涉及到在电池内部产生电子不平衡,这有点像电子沿相同方向流动的斜坡。

硅的内部组织使得这种不平衡成为可能。硅原子以紧密结合的结构排列在一起。通过将少量其他元素挤入这种结构中,会产生两种不同类型的硅:n型,其具有备用电子,以及p型,其缺少电子,从而留下“空穴”。

当这两种材料并排放置在太阳能电池内部时,n型硅的备用电子跳过来填充p型硅中的间隙。这意味着n型硅带正电荷,p型硅带负电,在电池两端产生电场。因为硅是一种半导体,它可以像一个绝缘体,保持这种不平衡。

当光子将硅原子上的电子粉碎掉时,这个场就有序地驱动它们,为电源计算器,卫星以及其间的一切提供电流。

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