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編者按：如今，太陽能光伏發(fā)電的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，在航天、交通、通訊領(lǐng)域與我們息息相關(guān)，那么大家了解太陽能電池是如何發(fā)電的嗎？接下來就由小編就帶大家科普科普這些知識(shí)吧！

時(shí)至今日，太陽能光伏發(fā)電已廣泛應(yīng)用于航天（衛(wèi)星、航天器等）、交通（航標(biāo)燈、交通信號(hào)燈等）、通訊（無人值守微波中繼站、小型通信機(jī)等）等領(lǐng)域，光伏電站也大面積并網(wǎng)運(yùn)行。

對(duì)于光伏發(fā)電，小伙伴們應(yīng)該都不陌生，也能說出這是利用太陽能電池將光能轉(zhuǎn)換成電能的一項(xiàng)技術(shù)。

那么，大家有沒有想過太陽能電池又是怎么發(fā)電的呢？

額……請(qǐng)上面那位同學(xué)圓潤(rùn)地離開~~

1839年，法國(guó)人貝爾雷克在做研究的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)光照能夠使半導(dǎo)體材料的不同部位之間產(chǎn)生電位差。這個(gè)現(xiàn)象被稱為“光生伏特效應(yīng)”，簡(jiǎn)稱“光伏效應(yīng)”。

1954年，美國(guó)人恰賓和皮爾松在貝爾實(shí)驗(yàn)室首次制成了實(shí)用的單晶硅太陽能電池，誕生了將太陽光能轉(zhuǎn)換為電能的實(shí)用光伏發(fā)電技術(shù)。

好像還是不明白，那就來拆塊太陽能電池看看~

Part1

太陽能電池的構(gòu)造

我們先來看看太陽能電池的構(gòu)造，它由兩塊硅板（N型硅板和P型硅板）壓在一起構(gòu)成的，形成“PN結(jié)”。結(jié)構(gòu)基本上是這樣：

哈？！PN結(jié)？

別急，一點(diǎn)點(diǎn)慢慢說。

我們都知道，原子是由原子核和核外電子構(gòu)成，核外電子分成好幾層圍繞原子核運(yùn)動(dòng)。通常，最外層電子數(shù)為8個(gè)時(shí)，原子才會(huì)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

我們的主角——硅，最外層電子只有4個(gè)。要達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，還得再找4個(gè)電子。

從哪里找呢？可以和其他的硅一起湊一湊。

每個(gè)硅原子和相鄰的4個(gè)硅原子共享電子對(duì)，形成“共價(jià)鍵”，這樣每個(gè)原子核周圍都有8個(gè)電子，穩(wěn)穩(wěn)的幸福。

▲ 晶態(tài)結(jié)構(gòu)平面示意圖

▲ 晶態(tài)結(jié)構(gòu)立體示意圖

這就是硅的晶態(tài)結(jié)構(gòu)。宏觀上呈銀色、具有金屬光澤。類似的元素還有碳、鍺（最外層都是4個(gè)電子）。晶態(tài)構(gòu)型的碳就是鉆石。鍺和硅一樣，也是半導(dǎo)體材料。

但這里的電子，被穩(wěn)穩(wěn)地束縛住。純凈的硅晶體，是不導(dǎo)電的。

于是，我們往其中一塊硅板里摻點(diǎn)磷，磷的最外層有5個(gè)電子，比硅多1個(gè)。每個(gè)磷都多一個(gè)電子，加在一起，這塊板就會(huì)多出很多自由電子，形成N型硅板。

另一塊呢，摻點(diǎn)硼，硼的最外層只有3個(gè)電子，比硅少1個(gè)。每個(gè)硼都少一個(gè)電子，加在一起，這塊板，就會(huì)多出很多“空穴”，形成P型硅板。

接著，我們把兩塊板緊緊的壓在一起，下面就是見證奇跡的時(shí)刻（然而并沒有）。

游蕩的自由電子們，往空穴區(qū)擴(kuò)散，發(fā)起“占坑行動(dòng)”。

在兩塊板連接的部位，P型側(cè)的空穴得到電子，形成負(fù)離子層；N型側(cè)失去自由電子，形成正離子層。正負(fù)離子層之間形成內(nèi)電場(chǎng)，對(duì)自由電子產(chǎn)生電場(chǎng)力，試圖穿過中間帶的電子被排斥在外，從而阻止了電子的進(jìn)一步擴(kuò)散，這個(gè)內(nèi)電場(chǎng)，我們稱為PN結(jié)。

電池在不工作的時(shí)候，就穩(wěn)定在這個(gè)狀態(tài)。

Part2

解釋了什么叫PN結(jié)，我們就可以進(jìn)一步說說太陽能電池是如何發(fā)電的啦~

太陽能電池如何發(fā)電

當(dāng)太陽能電池片受到光照時(shí)，除了原本就自由的電子，原先穩(wěn)定的電子，吸收了光子的能量，也真是給點(diǎn)陽光就燦爛，開始躁動(dòng)，都想要重獲自由，從而產(chǎn)生了許多帶正電的空穴和帶負(fù)電的自由電子。

空穴捕捉到電子被填充，其他原子失去電子產(chǎn)生空穴，這個(gè)過程可以看成是空穴的移動(dòng)。

空穴和電子游蕩到PN結(jié)附近時(shí)，在內(nèi)建電場(chǎng)力的作用下，電子向N區(qū)漂移，空穴向P區(qū)漂移，從而在N區(qū)堆積大量負(fù)電荷，在P區(qū)堆積大量正電荷，從而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。

如果此時(shí)從外部接通太陽能電池片的正負(fù)極，就會(huì)形成電流。

陽光源源不斷地打在光伏板上，不斷產(chǎn)生新的自由電子和空穴，自由電子和空穴在內(nèi)建電場(chǎng)力的作用下不斷漂移，形成外部電流，周而復(fù)始。

這種電能的產(chǎn)生方式，就叫做光伏發(fā)電。

呼~終于解釋完啦，今天的e堂課就到這里，同學(xué)們?cè)僖妦

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