阳光可以转变成电，这是怎么做到的呢？看太阳能电池的原理！
来源：宝鄂实业
2019-03-30 10:38
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在过去的几十年中人们一直在谈论太阳能革命：当所有人都使用上来自太阳的免费电能时所发生的变革。太阳能的前景十分诱人。我们今天所使用的太阳能电池正是要利用这种能源。太阳能电池随处可见，从卫星到计算器许多地方都用上了太阳能电池。太阳能计算器不需要电池，有的甚至没有“关闭”键。只要阳光充足，这些计算器似乎就可以永远工作下去。在应急道路指示牌、电话亭、浮标或停车场里，人们使用较大的太阳能电池即太阳能电池板来为它们提供灯光。那么，这些电池是怎样将太阳能转化为电能的呢？
将光子转化为电子
计算器和卫星上的太阳能电池是光电池或组件（由电路连接并固定在一个外框里的一组电池）。光电器件把阳光直接转化为电能。过去，光电器件基本上只在太空中使用，而现在情况却有所不同。现在的光电器件甚至可以为我们的家庭提供电能。那么，光电器件又是如何进行工作的呢？光电池是由半导体这种特殊的材料制成的。目前，最常用的半导体是硅。通常，当光照射到电池上，一部分光会被半导体物质所吸收。
也就是说，被吸收的这部分光所含的能量就会被转移到半导体中。能量使电子的结构变得松散，使它们可以自由移动。光电池通常都包含一个或多个电场，在这些电场的作用下，那些因光的吸收而自由移动的电子就会朝着某个方向运动。电子的流动形成电流如果光电池的顶部和底部安装了金属触点，这股电流就可以对外供电了。比如说，这股电流可以给一个计算器供电。这股电流再加上电池的电压（由电池的一个或多个电场所产生）， 就是太阳能电池所能产生的全部能量（功率量）。以上只是光电池的基本原理，还有很多其他的方面。下面，就让我们来深入地了解一种光电池：单晶硅电池。
太阳能电池中的硅
纯硅的导电性很差，它所有的电子都被锁在晶体结构中，没有可以自由运动的电子。我们可以通过“掺杂”的方法，即在硅晶体中添加杂质，来改变硅的属性，把它变为导体。在硅中添加磷或硼，就会形成N型或P型硅。当我们把N型和P型硅放在一起，会发生令人惊奇的变化。在二者的交界面，会形成一道屏障，进而形成电场，将两边分开要知道，每个光电池至少有一个电场。如果没有电场，电池就无法工作。
当N型和P型硅接触时，就会产生这样的电场。在N型硅的一侧是直在寻找空穴的自由电子，而在P型硅的一侧又有这样的空穴，因此瞬间就会出现强劲的电子流将这些 空穴填满。在电子填满空穴前，整个硅晶体的电荷呈中性。多余的硅电子与磷原子里多余的质子作用相互抵消。电子叩的空位（空穴）与硼原子里质子的空位作用相互抵消。但是，当空穴与电子在N型和P型硅的交界面混合后，这种中性电荷的状况就会被打破。
那么，是不是所有的自由电子把所有的自由空穴都填满了呢？答案是否定的。如果情况真是这样，光电池就不会这么有用了。真实的情况是，自由电子和空穴混合并形成一道屏障，使N型硅一侧的电子想要穿过屏障到达P型硅的一侧变得越来越困难最终达到的是一种平衡状态，即形成一个电场将两侧分开。电场就像一个二极管，促使（甚至推动）电子从P型硅的一側流动到N型硅的一侧，但不会发生相反的运动。这就像爬山电子可以轻易地“下山”（到达N型硅的一侧），却无法“上山”（到达P型硅的一侧）。因此，在这个作用类似二极管的电场中，电子只能单向移动。那么，当光照射到电池上，将发生什么呢？
当光照射到电池上
当以光子形式存在的光照射到大阳能电池上，光能会把电子一空穴对拆开。通常，每个带有一定能量的光子都会释放一个电子，形成一个自由空穴。如果这种情况发生在交界面附近，或者一个自由电子和一个自由空穴刚好运动到交界面的影响范围内，在电场的作用下，电子就会进入N型硅一侧，而空穴就会进入P型硅侧。这样，中性电荷的状况就会被进步打破。如果此时出现一条外部的电流通路，电子就会从这条通路返回它们初始的位置（P型硅的一侧）。在返回途中，它们会与在电场作用下到达该侧的空穴结合。电子的流动产生电流，电池的电场形成电压。那么，电流和电压就会产生电能啦！
生产的最后工序
硅是一种闪闪发光的物质，也就是说，硅的反射性很强。那些未被电池使用的光子会被硅反射回来。考虑到这种情况，人们在电池的顶部涂上了抗反射涂层，把由于反射造成的耗损降到5％以内。生产太阳能电池的最后一个步骤是：安装玻璃盖板，防止电池与化学元素发生反应。光电池组是把一些电池（通常是36个）连接成组，产生有效的电压和电流，然后将电池固定在坚固的外框内，再在电池背面盖上玻璃盖板并装上正负电极。
光电器件可以制造丰富的能量，但目前想要在全世界范围内使用太阳能还行不通。不错，阳光的确是免费的，但光电系统生产的电能并不免费。随着技术的进步，太阳能发电的成本正逐渐下降，但就目前而言，光电系统还是无法与现有的发电系统竞争。研究人员相信，总有一天，光电将会成为乡村和城市普遍使用的低成本电能。目前存在的问题之一是，必须要进行大规模的生产才能将成本降到最低。在价格降到具有竞争力的程度前，这种问题将一直存在。尽管如此，随着组件效率的不断提高以及价格的逐渐下降，人们对光电池的需求持续上升。随着人们越来越关注与常规能源相关的环保问题，光电技术的前景非常广阔。
