光伏电池的工作原理

光伏发电原理:光伏发电是一种利用半导体界面的光伏效应将光能直接转化为电能的技术。这项技术的关键是太阳能电池。太阳能电池串联后，可以封装保护成大面积太阳能电池组件，配合功率控制器等部件组成光伏发电装置。光伏发电的主要原理是半导体的光电效应。当光子撞击金属时，其能量可以被金属中的一个电子完全吸收。电子吸收的能量大到足以克服金属内部重力，从金属表面逃逸出来成为光电子。硅有四个外层电子。如果纯硅掺杂有五个外层电子的原子，比如磷原子，就会变成N型半导体。如果纯硅掺杂有三个外层电子的原子，例如硼原子，就形成了P型半导体。P型和N型结合在一起，接触面就会形成电位差，成为太阳能电池。电影封面阳光照射在半导体pn结上，形成新的空穴-电子对。在pn结内建电场的作用下，空穴从N区流向P区，电子从P区流向N区。电路接通后，就形成了电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。太阳能发电有两种方式，一种是光-热-电转换，另一种是光电直接转换。(1)光-热-电转换模式利用太阳辐射产生的热能发电。一般太阳能集热器将吸收的热能转化为工质蒸汽，然后驱动汽轮机发电。前一个过程是光热转换过程；后一个过程就是热电转换，和普通火力发电一样。太阳能热发电的缺点是效率低，成本高。据估计，其投资至少比普通火电厂贵5~10倍。(2)光电直接转换模式这种模式利用光伏效应将太阳辐射能直接转换成电能。光电转换的基本器件是太阳能电池。太阳能电池是一种利用光伏效应将太阳能直接转化为电能的装置。它是一个半导体光电二极管。当太阳光照射到光电二极管上时，光电二极管会将太阳能转化为电能，产生电流。当许多电池串联或并联后，就可以成为一个输出功率比较大的太阳能电池阵列。太阳能电池是一种很有前途的新能源，它有三个优点:永久、清洁和灵活。太阳能电池寿命长，只要太阳存在，一次投资就可以用很长时间。与火力发电和核能发电相比，太阳能电池不会造成环境污染。

光伏电池是利用光伏效应直接将太阳能转换为电能的装置。光伏效应又称“光生伏特效应”，是指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。太阳光照射光伏电池，太阳光的光子在电池里激发出电子空穴对，电子和空穴分别向电池的两端移动，如果外部构成通路，就形成电流，产生电能。 光伏电池主要分为晶硅类（单晶硅和多晶硅）、薄膜类和化合物类（非晶硅、铜铟镓硒、砷化镓、碲化镉等）和新概念类（染料敏化电池等）。 目前比较成熟且广泛应用的是晶硅类电池。在能量转换效率和使用寿命等综合性能方面，单晶硅和多晶硅电池优于非晶硅电池。目前大规模工业化生产条件下， 单晶硅电池的转换效率已达到了16%～18%，多晶硅电池的转换效率为12%～14%。 信息来源：《智能电网知识问答》

太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结内建电场的作用下，光生空穴流向p区，光生电子流向n区，接通电路后就产生电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。

太阳能发电有两种方式，一种是光—热—电转换方式，另一种是光—电直接转换方式。

光—热—电转换

光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。前一个过程是光—热转换过程；后一个过程是热—电转换过程，与普通的火力发电一样。太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高，估计它的投资至少要比普通火电站贵5～10倍。一座1000MW的太阳能热电站需要投资20～25亿美元，平均1kW的投资为2000～2500美元。因此，只能小规模地应用于特殊的场合，而大规模利用在经济上很不合算，还不能与普通的火电站或核电站相竞争。

光—电直接转换

太阳能电池发电是根据特定材料的光电性质制成的。黑体(如太阳)辐射出不同波长(对应于不同频率)的电磁波， 如红外线、紫外线、可见光等等。当这些射线照射在不同导体或半导体上，光子与导体或半导体中的自由电子作用产生电流。射线的波长越短，频率越高，所具有的能量就越高，例如紫外线所具有的能量要远远高于红外线。但是并非所有波长的射线的能量都能转化为电能，值得注意的是光电效应于射线的强度大小无关，只有频率达到或超越可产生光电效应的阈值时，电流才能产生。能够使半导体产生光电效应的光的最大波长同该半导体的禁带宽度相关，譬如晶体硅的禁带宽度在室温下约为1.155eV，因此必须波长小于1100nm的光线才可以使晶体硅产生光电效应。 太阳电池发电是一种可再生的环保发电方式，发电过程中不会产生二氧化碳等温室气体，不会对环境造成污染。按照制作材料分为硅基半导体电池、CdTe薄膜电池、CIGS薄膜电池、染料敏化薄膜电池、有机材料电池等。其中硅电池又分为单晶电池、多晶电池和无定形硅薄膜电池等。对于太阳电池来说最重要的参数是转换效率，在实验室所研发的硅基太阳能电池中，单晶硅电池效率为25.0%，多晶硅电池效率为20.4%，CIGS薄膜电池效率达19.6%，CdTe薄膜电池效率达16.7%，非晶硅（无定形硅）薄膜电池的效率为10.1%

太阳电池是一种可以将能量转换的光电元件，其基本构造是运用P型与N型半导体接合而成的。半导体最基本的材料是“硅”，它是不导电的，但如果在半导体中掺入不同的杂质，就可以做成P型与N型半导体，再利用P型半导体有个空穴(P型半导体少了一个带负电荷的电子，可视为多了一个正电荷)，与N型半导体多了一个自由电子的电位差来产生电流，所以当太阳光照射时，光能将硅原子中的电子激发出来，而产生电子和空穴的对流，这些电子和空穴均会受到内建电位的影响，分别被N型及P型半导体吸引，而聚集在两端。此时外部如果用电极连接起来，形成一个回路，这就是太阳电池发电的原理。

简单的说，太阳光电的发电原理，是利用太阳电池吸收0.4μm～1.1μm波长(针对硅晶)的太阳光，将光能直接转变成电能输出的一种发电方式。

由于太阳电池产生的电是直流电，因此若需提供电力给家电用品或各式电器则需加装直/交流转换器，换成交流电，才能供电至家庭用电或工业用电。

太阳能电池是一种具有光电转换特性的半导体器件，它直接将太阳辐射能转换成直流电，是光伏发电的最基本单元。太阳电池特有的电特性是借助在晶体硅中掺入某些元素（例如 磷或硼等）。从而在材料的分子电荷里造成永久的不平衡，形成具有特殊电性能的半导体材料。在阳光照射下，具有特殊电性能的半导体内可以产生自由电荷，这些自由电荷定向移动并积累，从而在其两端形成电动势，当用导体将其两端闭合时便产生电流。这种现象被称为光生伏打效应，简称光伏效应。

目前应用最广的属单晶硅太阳能电池，它由两层半导体材料组成，其厚度大约0.25MM,形成两个区域：一个正电荷区，一个负电荷区。负区位于电池的上层，在这一层强迫渗透磷、硼等元素并与硅粘在一起。正区置于电池表层的下面，正负界面区域称为P-N结。制造电池时P-N结被赋予了恒定的物理特性。当阳光投射到电池内保持松散状态的电子时，这些靠近P-N结的电子将朝电池的表层流动，用金属线将太阳能电池的正伏级与伏载相连时，在外电路就形成了电流。每个太阳能电池基本单元P-N结处的电动势大约为0.5V,此电压值大小与电池片的尺寸无关。太阳能电池的输出电流受自身面积和日照强度的影响，面积较大的电池能够产生较强的电流。

基本原理就是“光伏效应”

光子照射到金属上时，它的能量可以被金属中某个电子全部吸收，电子吸收的能量足够大，能克服金属内部引力做功，离开金属表面逃逸出来，成为光电子。

“光生伏特效应”，简称“光伏效应”。指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。它首先是由光子（光波）转化为电子、光能量转化为电能量的过程；其次，是形成电压过程。有了电压，就像筑高了大坝，如果两者之间连通，就会形成电流的回路。

光伏发电，其基本原理就是“光伏效应”。太阳能专家的任务就是要完成制造电压的工作。因为要制造电压，所以完成光电转化的太阳能电池是阳光发电的关键。

太阳能电池，通常称为光伏电池。目前的主要的太阳能电池是硅太阳能电池。用的硅是“提纯硅”，其纯度为“11个9”，比半导体或者说芯片硅片“只少两个9”；又因为提纯硅结晶后里头的成分不同，分为多晶硅和单晶硅；目前，单晶硅太阳能电池的光电转换率为15％左右，最高达到了24％，使用寿命一般可达15年，最高达25年，比转换率仅12％ 左右的多晶硅太阳能电池的综合性能价格比高。

参考资料：《知识就是力量》

太阳能电池（太阳能芯片、光电池），是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。它只要被满足一定照度条件的光照到，瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生电流。在物理学上称为太阳能光伏（Photovoltaic，缩写为PV），简称光伏。 太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。以光电效应工作的晶硅太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的薄膜电池实施太阳能电池则还处于萌芽阶段。

随着科学技术进步、市场需求拉动和世界各国产业政策的引导，近年光伏发电快速发展，在新能源、可再生能源领域中一枝独秀，将成为最有发展前景的主导能源和替代能源。那么光伏电池到底是干什么的？光伏电池原理又是什么呢？

一、光伏电池简介

太阳能光伏电池（简称光伏电池）用于把太阳的光能直接转化为电能。目前地面光伏系统大量使用的是以矽为基底的矽太阳能电池，可分为单晶矽、多晶矽、非晶矽太阳能电池。在能量转换效率和使用寿命等综合性能方面，单晶矽和多晶矽电池优于非晶矽电池。多晶矽比单晶矽转换效率低，但价格更便宜。

二、光伏电池原理

太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。以光电 效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应原理工作的太阳能电池则还处于萌芽阶段。

太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴--电子对。在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。

实现过程：

房顶的太阳能板将阳光转换为DC电流。不断电供应系统(UPS)将该DC能源转换为AC 220V/50Hz。这个电能可以完全用于当地的设备，也可以部分使用，剩余的电能卖给公用事业机构，或全部卖出。强烈建议应防止这一昂贵的设施遭受雷击。

三、光伏电池各种类

目前，可以生产太阳能光伏电池的材料有多种，制造的方法也各有差异，所以太阳能光伏电池的种类很多，据统计，迄今为止已有100多种。太阳能光伏电池虽有这么多种，但可以按所用的材料或电池的构造来分类。

(1)按所用的材料来分 主要可分为矽太阳能光伏电池和化合物太阳能光伏电池两大类。矽太阳能光伏电池还可分为晶体矽太阳能光伏电池和非晶体矽太阳能光伏电池两种。晶体矽太阳能光伏电池还可再分为单晶矽太阳能光伏电池、多晶矽太阳能光伏电池。

多晶矽太阳能光伏电池又可分为铸造多晶矽太阳能光伏电池、带状多晶矽太阳能光伏电池和薄膜状多晶矽太阳能光伏电池。

(2)按电池的构造来分 大体可分为块(片)状或薄膜状两种太阳能光伏电池。块(片)状太阳能光伏电池又可分为单晶矽太阳能光伏电池、多晶矽太阳能光伏电池以及其他块(片)状太阳能光伏电池。薄膜状太阳能光伏电池又可分为非晶矽太阳能光伏电池、化合物太阳能光伏电池。

我结语：以上就是我为大家介绍的光伏电池原理

补充： 太阳能光伏发电的能量转换器是太阳能电池，又称光伏电池。太阳能电池发电的原理是光生伏打效应。当太阳光照射到太阳能电池上时，电池吸收光能，产生电子-空穴对。在电池内建电场作用下，电子和空穴被分离，电池两端出现异号电荷的累积，即产生“光生电压”，这就是“光生伏打效应”。若在内建电场的两侧引出电极并接上负载，负载就有“光生电流”流过，从而获得功率输出。这样，太阳能就变成了可以付诸实用的电能。 可以把上述工作原理概括成如下3个主要过程：(1) 太阳能电池吸收一定能量的光子后，半导体内产生电子-空穴对，称为“光生载流子”，两者的电性相反，电子带负电，空穴带正电；（2）电性相反的载流子被半导体P-N结所产生的静电场分离开；（2）电子和空穴分别被太阳能电池的正、负极所收集，并在外电路中产生电流，从而获得电能。通过太阳能电池将太阳辐射能转换为电能的发电系统称为太阳能电池发电系统（又称太阳能光伏发电系统）。地面太阳能光伏发电系统的运行方式，主要可分为离网运行和联网运行两大类。未与公共电网连接的太阳能光伏发电系统称为离网太阳能光伏发电系统，又称独立光伏发电系统，主要应用于远离公共电网的无电区和一些特殊处所。与公共电网相连接的太阳能光伏发电系统称为联网太阳能光伏发电系统，它是太阳能光伏发电进入大规模商业化发电阶段、成为电力工业组成部分之一的重要方向，是当今世界太阳能光伏发电技术发展的主流趋势。

光伏电站的工作原理

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。

太阳能光伏组件将直射太阳光转化为直流电，光伏组掘春串通过直流汇流箱并联接入直流配电柜，汇流后接入逆变器直流输入端，将直流电转变为交流电，逆变器交流输出端接入交流配樱隐电柜，经交流配电柜直接并入用户侧。

国产晶体硅电池效率在10至13%左右（应该是14%至17%左右），国外同类产品效率约12至14%。由一个或多个太阳能电池 片组成的太阳能电池板称为光伏组件。光伏发电产品主要用于三大方面：一是为无电场合提供电源，主要为广大无电地区居脊散厅民生活生产提供电力，还有微波中 继电源、通讯电源等，另外，还包括一些移动电源和备用电源；二是太阳能日用电子产品，如各类太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草坪灯等；三是并网发电，这 在发达国家已经大面积推广实施。我国并网发电还未起步，不过，2008年北京奥运会部分用电将会由太阳能发电和风力发电提供。

理论上讲，光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合，上至航天器，下至家用电源，大到兆瓦级电站，小到玩具，光伏电源无处不在。太阳能光伏发电的最基本元件是太阳能电池（片），有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。其中，单晶和多晶电池用量最大，非晶电池用于一些小系统和计算器辅助电源等。中国国产晶体硅电池效率在10至13%左右，国际上同类产品效率约12至14%。由一个或多个太阳能电池片组成的太阳能电池板称为光伏组件。