太陽能電池片的發電原理,太陽能電池板的發電原理是什麼

時間 2022-10-15 21:45:12

1樓:匿名使用者

太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源。也是清潔能源,不產生任何的環境汙染。在太陽能的有效利用當中;大陽能光電利用是近些年來發展最快,最具活力的研究領域,是其中最受矚目的專案之一。

製作太陽能電池主要是以半導體材料為基礎,其工作原理是利用光電材料吸收光能後發生光電於轉換反應,根據所用材料的不同,太陽能電池可分為:1、矽太陽能電池;2、以無機鹽如砷化鎵iii-v化合物、硫化鎘、銅銦硒等多元化合物為材料的電池;3、功能高分子材料製備的大陽能電池;4、奈米晶太陽能電池等。

一、矽太陽能電池

1.矽太陽能電池工作原理與結構

太陽能電池發電的原理主要是半導體的光電效應,一般的半導體主要結構如下:

圖中,正電荷表示矽原子,負電荷表示圍繞在矽原子旁邊的四個電子。

當矽晶體中摻入其他的雜質,如硼、磷等,當摻入硼時,矽晶體中就會存在著乙個空穴,它的形成可以參照下圖:

圖中,正電荷表示矽原子,負電荷表示圍繞在矽原子旁邊的四個電子。而黃色的表示摻入的硼原子,因為硼原子周圍只有3個電子,所以就會產生入圖所示的藍色的空穴,這個空穴因為沒有電子而變得很不穩定,容易吸收電子而中和,形成p(positive)型半導體。

同樣,摻入磷原子以後,因為磷原子有五個電子,所以就會有乙個電子變得非常活躍,形成n(negative)型半導體。黃色的為磷原子核,紅色的為多餘的電子。如下圖。

n型半導體中含有較多的空穴,而p型半導體中含有較多的電子,這樣,當p型和n型半導體結合在一起時,就會在接觸面形成電勢差,這就是pn結。

當p型和n型半導體結合在一起時,在兩種半導體的交介面區域裡會形成乙個特殊的薄層),介面的p型一側帶負電,n型一側帶正電。這是由於p型半導體多空穴,n型半導體多自由電子,出現了濃度差。n區的電子會擴散到p區,p區的空穴會擴散到n區,一旦擴散就形成了乙個由n指向p的「內電場」,從而阻止擴散進行。

達到平衡後,就形成了這樣乙個特殊的薄層形成電勢差,這就是pn結。

當晶元受光後,pn結中,n型半導體的空穴往p型區移動,而p型區中的電子往n型區移動,從而形成從n型區到p型區的電流。然後在pn結中形成電勢差,這就形成了電源。(如下圖所示)

由於半導體不是電的良導體,電子在通過p-n結後如果在半導體中流動,電阻非常大,損耗也就非常大。但如果在上層全部塗上金屬,陽光就不能通過,電流就不能產生,因此一般用金屬網格覆蓋p-n結(如圖 梳狀電極),以增加入射光的面積。

另外矽表面非常光亮,會反射掉大量的太陽光,不能被電池利用。為此,科學家們給它塗上了一層反射係數非常小的保護膜(如圖),將反射損失減小到5%甚至更小。乙個電池所能提供的電流和電壓畢竟有限,於是人們又將很多電池(通常是36個)併聯或串聯起來使用,形成太陽能光電板。

2.矽太陽能電池的生產流程

通常的晶體矽太陽能電池是在厚度350~450μm的高質量矽片上製成的,這種矽片從提拉或澆鑄的矽錠上鋸割而成。

上述方法實際消耗的矽材料更多。為了節省材料,目前製備多晶矽薄膜電池多採用化學氣相沉積法,包括低壓化學氣相沉積(lpcvd)和等離子增強化學氣相沉積(pecvd)工藝。此外,液相外延法(lppe)和濺射沉積法也可用來製備多晶矽薄膜電池。

化學氣相沉積主要是以sih2cl2、sihcl3、sicl4或sih4,為反應氣體,在一定的保護氣氛下反應生成矽原子並沉積在加熱的襯底上,襯底材料一般選用si、sio2、si3n4等。但研究發現,在非矽襯底上很難形成較大的晶粒,並且容易在晶粒間形成空隙。解決這一問題辦法是先用 lpcvd在襯底上沉積一層較薄的非晶矽層,再將這層非晶矽層退火,得到較大的晶粒,然後再在這層籽晶上沉積厚的多晶矽薄膜,因此,再結晶技術無疑是很重要的乙個環節,目前採用的技術主要有固相結晶法和中區熔再結晶法。

多晶矽薄膜電池除採用了再結晶工藝外,另外採用了幾乎所有製備單晶矽太陽能電池的技術,這樣制得的太陽能電池轉換效率明顯提高。

三、奈米晶化學太陽能電池

在太陽能電池中矽系太陽能電池無疑是發展最成熟的,但由於成本居高不下,遠不能滿足大規模推廣應用的要求。為此,人們一直不斷在工藝、新材料、電池薄膜化等方面進行探索,而這當中新近發展的奈米tio2晶體化學能太陽能電池受到國內外科學家的重視。

以染料敏化奈米晶體太陽能電池(dsscs)為例,這種電池主要包括鍍有透明導電膜的玻璃基底,染料敏化的半導體材料、對電極以及電解質等幾部分。

陽極:染料敏化半導體薄膜(tio2膜)

陰極:鍍鉑的導電玻璃

電解質:i3-/i-

如圖所示,白色小球表示tio2,紅色小球表示染料分子。染料分子吸收太陽光能躍遷到激發態,激發態不穩定,電子快速注入到緊鄰的tio2導帶,染料中失去的電子則很快從電解質中得到補償,進入tio2導帶中的電於最終進入導電膜,然後通過外迴路產生光電流。

奈米晶tio2太陽能電池的優點在於它廉價的成本和簡單的工藝及穩定的效能。其光電效率穩定在10%以上,製作成本僅為矽太陽電池的1/5~1/10.壽命能達到20年以上。但由於此類電池的研究和開發剛剛起步,估計不久的將來會逐步走上市場。

四、染料敏化tio2太陽能電池的手工製作

1.製作二氧化鈦膜

(1)先把二氧化鈦粉末放入研缽中與粘合劑進行研磨

(2)接著用玻璃棒緩慢地在導電玻璃上進行塗膜

(3)把二氧化鈦膜放入酒精燈下燒結10~15分鐘,然後冷卻

2.利用天然染料為二氧化鈦著色

如圖所示,把新鮮的或冰凍的黑梅、山梅、石榴籽或紅茶,加一湯匙的水並進行擠壓,然後把二氧化鈦膜放進去進行著色,大約需要5分鐘,直到膜層變成深紫色,如果膜層兩面著色的不均勻,可以再放進去浸泡5分鐘,然後用乙醇沖洗,並用柔軟的紙輕輕地擦乾。

3.製作正電極

由染料著色的tio2為電子流出的一極(即負極)。正電極可由導電玻璃的導電面(塗有導電的sno2膜層)構成,利用乙個簡單的萬用表就可以判斷玻璃的那一面是可以導電的,利用手指也可以做出判斷,導電面較為粗糙。如圖所示,把非導電面標上『+』,然後用鉛筆在導電面上均勻地塗上一層石墨。

4.加入電解質

利用含碘離子的溶液作為太陽能電池的電解質,它主要用於還原和再生染料。如圖所示,在二氧化鈦膜表面上滴加一到兩滴電解質即可。

5.組裝電池

把著色後的二氧化鈦膜面朝上放在桌上,在膜上面滴一到兩滴含碘和碘離子的電解質,然後把正電極的導電面朝下壓在二氧化鈦膜上。把兩片玻璃稍微錯開,用兩個夾子把電池夾住,兩片玻璃暴露在外面的部分用以連線導線。這樣,你的太陽能電池就做成了。

6.電池的測試

在室外太陽光下,檢測你的太陽能電池是否可以產生電流。

2樓:匿名使用者

大概是用太陽能轉換為熱能再轉為電能

3樓:莫魚創作

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太陽能電池板的發電原理是什麼?

4樓:匿名使用者

太陽能電池是利用半導體材料的光電效應,將太陽能轉換成電能的裝置。光生伏特效應的基本過程:假設光線照射在太陽能電池上並且光在介面層被接納,具有足夠能量的光子可以在p型矽和n型矽中將電子從共價鍵中激起,致使產生電子-空穴對。

介面層臨近的電子和空穴在復合之前,將經由空間電荷的電場作用被相互分別,電子向帶正電的n區而空穴向帶負電的p區運動。

經由介面層的電荷分別,將在p區和n區之間將形成乙個向外的可測試的電壓。此時可在矽片的兩邊加上電極並接入電壓表。對晶體矽太陽能電池來說,開路電壓的典型數值為0.

5~0.6v。經由光照在介面層產生的電子-空穴對越多,電流越大。

介面層接納的光能越多,介面層即電池面積越大,在太陽能電池中形成的電流也越大。

太陽能電池板的優點:

1、太陽能資源取之不盡,用之不竭。

2、綠色環保。光伏發電本身不需要燃料,沒有二氧化碳的排放,不汙染空氣。不產生噪音。

3、應用範圍廣。只要能獲得光照的地方就可以使用太陽能發電系統,它不受地域、海拔等因素制約。

4、無機械轉動部件,操作、維護簡單,執行穩定可靠。一套光伏系統只要有太陽,電池組件就會發電,加之現在均採用自動控制數,基本不用人工操作。

5、太陽電池生產材料豐富:矽材料儲量豐富,地殼豐度在氧元素之後,列第二位,達到26%之多。

以上內容參考:

5樓:織布大王盧夫人

太陽能電池板的發電原理是:太陽光照在半導體p-n結上,形成新的空穴-電子對,在p-n結電場的作用下,空穴由n區流向p區,電子由p區流向n區,接通電路後就形成電流。這就是光電效應太陽能電池的工作原理。

太陽能電池是利用半導體材料的光電效應,將太陽能轉換成電能的裝置.光生伏特效應:假設光線照射在太陽能電池上並且光在介面層被接納,具有足夠能量的光子可以在p型矽和n型矽中將電子從共價鍵中激起,致使發作電子-空穴對。

介面層臨近的電子和空穴在復合之前,將經由空間電荷的電場結果被相互分別。電子向帶正電的n區和空穴向帶負電的p區運動。經由介面層的電荷分別,將在p區和n區之間發作乙個向外的可測試的電壓。

此時可在矽片的兩邊加上電極並接入電壓表。

對晶體矽太陽能電池來說,開路電壓的典型數值為0.5~0.6v。

經由光照在介面層發作的電子-空穴對越多,電流越大。介面層接納的光能越多,介面層即電池面積越大,在太陽能電池中組成的電流也越大。

6樓:帖安露

學過高中化學的人都會知道原子是有原子核和電子組成的,其中的電子是不停的繞原子核運動的,也是不穩定的,只要很小的能量就可以使電子偏離原有的電子運動軌道。

太陽能電池的原理就是利用太陽光的能量照射到組成電池板的原子上,使原子中的電子發生定向移動,從而產生電勢也就是電壓,如果有導線連線高電勢和低電勢的話就會產生電流,就是通常說的電能。

7樓:戴馨榮路煙

太陽能電池發電原理:

太陽能電池是一對光有響應並能將光能轉換成電力的器件。能產生光伏效應的材料有許多種,如:單晶矽,多晶矽,非晶矽,砷化鎵,硒銦銅等。

它們的發電原理基本相同,現以晶體為例描述光發電過程。p型晶體矽經過摻雜磷可得n型矽,形成p-n結。

當光線照射太陽能電池表面時,一部分光子被矽材料吸收;光子的能量傳遞給了矽原子,使電子發生了越遷,成為自由電子在p-n結兩側集聚形成了電位差,當外部接通電路時,在該電壓的作用下,將會有電流流過外部電路產生一定的輸出功率。這個過程的實質是:光子能量轉換成電能的過程。

晶體矽太陽能電池的製作過程:

「矽」是我們這個星球上儲藏最豐量的材料之一。自從19世紀科學家們發現了晶體矽的半導體特性後,它幾乎改變了一切,甚至人類的思維。20世紀末,我們的生活中處處可見「矽」的身影和作用,晶體矽太陽能電池是近15年來形成產業化最快的。

生產過程大致可分為五個步驟:a、提純過程

b、拉棒過程

c、切片過程

d、制電池過程

e、封裝過程。

太陽能電池的應用:

上世紀60年代,科學家們就已經將太陽電池應用於空間技術——通訊衛星供電,上世紀末,在人類不斷自我反省的過程中,對於光伏發電這種如此清潔和直接的能源形式已愈加親切,不僅在空間應用,在眾多領域中也大顯身手。如:太陽能庭院燈、太陽能發電戶用系統、村寨供電的獨立系統、光伏水幫浦(飲水或灌溉)、通訊電源、石油輸油管道陰極保護、光纜通訊幫浦站電源、海水淡化系統、城鎮中路標、高速公路路標等。

歐美等先進國家將光伏發電併入城市用電系統及邊遠地區自然界村落供電系統納入發展方向。太陽電池與建築系統的結合已經形成產業化趨勢

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