Ποια είναι η αρχή της παραγωγής ενέργειας από ηλιακά κύτταρα;

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.

Τι είναι μια τρύπα;

Υπάρχουν τέσσερα ηλεκτρόνια στο πιο εξωτερικό στρώμα του ατόμου του πυριτίου. Εάν μερικά ηλεκτρόνια πάρουν μια ορισμένη ποσότητα ενέργειας από τον έξω κόσμο, θα απελευθερωθούν και θα γίνουν ελεύθερα ηλεκτρόνια, και η αρχική θέση των ηλεκτρονίων θα γίνει κενό, και αυτό το κενό είναι μια τρύπα. Όλοι γνωρίζουμε ότι τα ηλεκτρόνια είναι αρνητικά φορτισμένα, επομένως οι οπές είναι ισοδύναμες με έναν θετικά φορτισμένο φορέα.

Λοιπόν, γνωρίζοντας αυτό, το επόμενο πράγμα για το οποίο θέλουμε να μιλήσουμε είναι πυρίτιο τύπου P-και πυρίτιο τύπου N-. Αυτό είναι πολύ απλό, το πυρίτιο τύπου P- σημαίνει ότι οι οπές είναι οι κύριοι φορείς και το πυρίτιο τύπου N- σημαίνει ότι τα ηλεκτρόνια είναι οι κύριοι φορείς. Τι? Λέτε ο αριθμός των ηλεκτρονίων και των οπών να είναι ίδιος; Χμμ, αν η καθαρότητα του πυριτίου είναι 100 τοις εκατό, φυσικά ο αριθμός τους είναι ίδιος, αλλά τι γίνεται αν αντικαταστήσουμε λίγο από το πυρίτιο στο στοιχείο του πυριτίου με ένα στοιχείο με πέντε ηλεκτρόνια στο εξωτερικό στρώμα του ατόμου; Τι θα συμβεί αν το αντικαταστήσετε με ένα στοιχείο με μόνο τρία ηλεκτρόνια στο εξωτερικό περίβλημα;

Τα δύο στοιχεία που εμποτίζονται περισσότερο στο πυρίτιο είναι ο φώσφορος (συν 5 σθένους) και το βόριο (συν 3 σθένους).

Στη συνέχεια, υπάρχει κάτι που ονομάζεται διασταύρωση PN, που δεν είναι απλώς ένα κομμάτι πυριτίου τύπου P-και ένα κομμάτι πυριτίου τύπου N-. Γενικά, μια επιφάνεια ενός τεμαχίου πυριτίου τύπου P- είναι εμποτισμένη με φώσφορο για να σχηματιστεί ένα στρώμα πυριτίου τύπου N- και αντίστροφα, έτσι ώστε να σχηματίζεται μια ένωση PN στην περιοχή όπου το Π-τύπου πυριτίου και η διεπαφή πυριτίου τύπου N-.

Ο σχηματισμός της διασταύρωσης PN είναι πολύ απλός. Δεδομένου ότι υπάρχουν πολλές ελεύθερες οπές στο πυρίτιο τύπου P-και υπάρχουν πολλά ελεύθερα ηλεκτρόνια στο πυρίτιο τύπου N-, λόγω της διαφοράς στη συγκέντρωση, οι οπές στο πυρίτιο τύπου P{- θα διαχέεται σε πυρίτιο τύπου N-, ενώ το πυρίτιο τύπου N- έχει περισσότερα ελεύθερα ηλεκτρόνια. Τα ηλεκτρόνια στο πυρίτιο διαχέονται επίσης σε πυρίτιο τύπου P-. Με αυτόν τον τρόπο, θα σχηματιστεί ένα ηλεκτρικό πεδίο στην περιοχή όπου συναντώνται το πυρίτιο τύπου P και N-. Το ονομάζουμε ενσωματωμένο-ηλεκτρικό πεδίο. Καθώς η διάχυση προχωρά, η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου θα γίνεται όλο και μεγαλύτερη και το ηλεκτρικό πεδίο θα ωθεί τις οπές στο πυρίτιο τύπου P-. ώθηση κατεύθυνσης. Τέλος, η δύναμη του ηλεκτρικού πεδίου και η διαφορά συγκέντρωσης σχηματίζουν μια ισορροπία, λαμβάνοντας έτσι μια σταθερή διασταύρωση PN.

Τώρα για το τελευταίο μέρος. Πώς παράγει ηλεκτρική ενέργεια ο κόμβος PN; Ως ημιαγωγός, το πυρίτιο έχει μια άλλη σημαντική ιδιότητα. Δηλαδή, όταν υπάρχει φως, τα ηλεκτρόνια στο εξωτερικό στρώμα του πυριτίου θα λάβουν ενέργεια από το φως για να γίνουν ελεύθερα ηλεκτρόνια και θα αφήσουν μια οπή στην αρχική θέση για να σχηματίσουν ένα ζεύγος ηλεκτρονίων-. Εάν αυτή η ομάδα ζευγών ηλεκτρονίων-δημιουργηθεί στην περιοχή όπου το ηλεκτρικό πεδίο είναι χτισμένο στη διασταύρωση PN, υπό τη δράση της δύναμης του ηλεκτρικού πεδίου, οι οπές θα μετακινηθούν στην περιοχή P και τα ηλεκτρόνια θα μετακινηθείτε στην περιοχή Β. Με αυτόν τον τρόπο, θα δημιουργηθεί μια διαφορά δυναμικού κατά μήκος της διασταύρωσης PN. Εάν συνδέσουμε τα δύο άκρα της σύνδεσης PN στο ηλεκτρόδιο και στη συνέχεια το ενεργοποιήσουμε, θα δημιουργηθεί ρεύμα.

Τα παραπάνω είναι η αρχή παραγωγής ενέργειας των ηλιακών κυψελών. Η αρχή είναι αρκετά απλή, αλλά στη διαδικασία παραγωγής, προκειμένου να βελτιωθεί η απόδοση της μπαταρίας, υπάρχουν πολλές άλλες διαδικασίες που πρέπει να βελτιωθούν.