太陽能電池光伏效應

定義

太陽能電池是利用光電轉換原理使太陽的輻射光通過半導體物質轉變為電能的器件，這種光電轉換過程通常叫做“光伏打效應”。

光生伏打效應簡稱為光伏效應，指光照使不均勻半導體或半導體與金屬組合的不同部位之間產生電位差的現象。太陽能電池就是利用光伏效應將太陽能直接轉換為電能的一種裝置。

套用

當前，光生伏打效應主要是套用在半導體的PN結上，把輻射能轉換成電能。大量研究集中在太陽能的轉換效率上。理論預期的效率為24%。

由於半導體PN結器件在陽光下的光電轉換效率最高，所以通常把這類光伏器件稱為太陽能電池，也稱光電池或太陽電池。

太陽能電池原理

太陽能電池是由P型半導體和N型半導體結構組成，P型區中含有較多的空穴，而N型區中含有較多的電子，當晶片在受光過程中，帶正電的空穴住N型區移動，帶負電子的電子住P型區移動，在接上連線和負載後，就形成電流。

光伏發電的工作原理

光伏發電原理是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能的一種技術。這種技術的關鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經過串聯後進行封裝保護可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發電裝置。光伏發電的優點是較少受地域限制，因為陽光普照大地;光伏系統還具有安全可靠、無噪聲、低污染、無需消耗燃料和架設輸電線路即可就地發電供電及建設同期短的優點。

電流方程/光伏效應編輯

與熱平衡時比較，有光照時，P-N結內將產生一個附加電流（光電流）Ip，其方向與P-N結反向飽和電流I0相同，一般Ip≥I0。此時

I=I0eqU/KT - (I0+Ip)

令Ip=SE，則

I=I0eqU/KT - (I0+SE)

開路電壓Uoc

光照下的P-N結外電路開路時P端對N端的電壓，即上述電流方程中I=0時的U值：

0=I0eqU/KT - (I0+SE)

Uoc=(KT/q)ln(SE+I0)/I0≈(KT/q)ln(SE/I0)

短路電流Isc

光照下的P-N結，外電路短路，從P端流出，經過外電路，從N端流入的電流稱為短路電流Isc。即上述電流方程中U=0時的I值，得Isc=SE。

參數關係

Uoc與Isc是光照下P-N結的兩個重要參數，一定溫度下，Uoc與光照度E成對數關係，但最大值不超過接觸電勢差UD。弱光照下，Isc與E有線性關係。

a)無光照時熱平衡態，NP型半導體有統一的費米能級，勢壘高度為qUD=EFN-EFP。

b)穩定光照下P-N結外電路開路，由於光生載流子積累而出現光生電壓Uoc不再有統一費米能級，勢壘高度為q(UD-Uoc)。

c)穩定光照下P-N結外電路短路，P-N結兩端無光生電壓，勢壘高度為qUD，光生電子空穴對被內建電場分離後流入外電路形成短路電流。