Qual è il principio della generazione di energia da celle solari?

Now, more and more solar cells appear in people's field of vision. As long as there is sunlight, it can generate current, which is not too convenient. What is its principle? Today, I will briefly and slightly in-depth talk about the power generation principle of the most common crystalline silicon solar cells.

First of all, we have to introduce the raw material of crystalline silicon solar cells: silicon.These black and somewhat metallic things are polysilicon initially prepared by some chemical methods. Silicon is a semiconducting material, which means its conductivity is between that of a conductor and an insulator. Unlike metals, silicon's carriers have something called holes in addition to electrons.

Cos'è un buco?

Ci sono quattro elettroni nello strato più esterno dell'atomo di silicio. Se alcuni elettroni ottengono una certa quantità di energia dal mondo esterno, si libereranno e diventeranno elettroni liberi, e la posizione originale degli elettroni diventerà un posto vacante, e questo posto vacante è un buco. Sappiamo tutti che gli elettroni sono caricati negativamente, quindi le lacune sono equivalenti a un vettore caricato positivamente.

Bene, sapendo questo, la prossima cosa di cui vogliamo parlare è il silicio di tipo P-e il silicio di tipo N-. Questo è molto semplice, il silicio di tipo P- significa che i buchi sono i portatori di maggioranza e il silicio di tipo N- significa che gli elettroni sono i portatori di maggioranza. Che cosa? Dici che il numero di elettroni e lacune dovrebbe essere lo stesso? Hmm Se la purezza del silicio è del 100 percento, ovviamente il numero di essi è lo stesso, ma cosa succede se sostituiamo parte del silicio nell'elemento di silicio con un elemento con cinque elettroni nello strato più esterno dell'atomo? E se lo sostituisci con un elemento con solo tre elettroni nel guscio più esterno?

I due elementi più drogati nel silicio sono il fosforo (più 5 valenza) e il boro (più 3 valenza).

Poi, c'è qualcosa chiamato giunzione PN, che non è semplicemente un pezzo di silicio di tipo P-e un pezzo di silicio di tipo N-. Generalmente, la superficie di un pezzo di silicio di tipo P- viene drogata con fosforo per formare uno strato di silicio di tipo N- e viceversa, in modo che si formi una giunzione PN nell'area in cui il Silicio di tipo P-e l'interfaccia di silicio di tipo N-.

La formazione della giunzione PN è molto semplice. Poiché ci sono molti buchi liberi nel silicio di tipo P-e ci sono molti elettroni liberi nel silicio di tipo N-, a causa della differenza di concentrazione, i buchi nel silicio di tipo P- si diffonderà nel silicio di tipo N-, mentre il silicio di tipo N- ha più elettroni liberi. Gli elettroni nel silicio si diffondono anche nel silicio di tipo P-. In questo modo si formerà un campo elettrico nell'area in cui si incontrano il silicio di tipo P e N-. Lo chiamiamo campo elettrico-incorporato. Con il progredire della diffusione, l'intensità del campo elettrico diventerà sempre più grande e il campo elettrico spingerà i fori verso il silicio di tipo P-. spinta di direzione. Infine, la forza del campo elettrico e la differenza di concentrazione formano un equilibrio, ottenendo così una giunzione PN stabile.

Ora per la parte finale. In che modo la giunzione PN genera elettricità? Come semiconduttore, il silicio ha un'altra importante proprietà. Cioè, quando c'è luce, gli elettroni nello strato esterno di silicio riceveranno energia dalla luce per diventare elettroni liberi e lasciare un buco nella posizione originale per formare una coppia di elettroni{0}}buchi. Se questo gruppo di coppie di-lacune di elettroni viene generato nella regione in cui si forma il campo elettrico nella giunzione PN, sotto l'azione della forza del campo elettrico, le lacune si sposteranno nella regione P e gli elettroni si sposteranno spostati nella regione N. In questo modo, verrà generata una differenza di potenziale attraverso la giunzione PN. Se colleghiamo le due estremità della giunzione PN all'elettrodo e poi lo accendiamo, verrà generata una corrente.

Quanto sopra è il principio di generazione di energia delle celle solari. Il principio è abbastanza semplice, ma nel processo produttivo, per migliorare l'efficienza della batteria, ci sono molti altri processi che devono essere migliorati.