Фотоелектричне виробництво електроенергії – це технологія, яка безпосередньо перетворює енергію світла в електричну за допомогою ефекту фотоелектричних вольтів напівпровідникового інтерфейсу. Ключовим компонентом цієї технології є сонячна батарея. Після того, як сонячна батарея інкапсульована та захищена послідовно, може бути сформована велика площа модулів сонячної батареї, а потім у поєднанні з такими компонентами, як контролери живлення, утворюється фотоелектричний пристрій для генерації електроенергії.
Принцип генерації енергії сонячними елементами
1. Напівпровідники N-типу та напівпровідники P-типу
Власні напівпровідники - це чисті напівпровідники з кристалічними структурами, що утворюють ковалентні зв'язки між атомами. Два електрони в ковалентному зв’язку називаються валентними електронами.
Валентні електрони можуть звільнитися від кайданів ядра і стати вільними електронами (негативно зарядженими) після отримання певної кількості енергії (підвищення температури або освітлення), залишаючи при цьому вакансію в ковалентному зв’язку, яка називається діркою (позитивно зарядженою). ). І вільні електрони, і дірки називаються носіями, а кількість носіїв у власних напівпровідниках надзвичайно мала, електропровідність дуже погана.
Включення незначних кількостей домішок (деяких елементів) у власний напівпровідник утворює домішковий напівпровідник, який може підвищити його провідність.
Додавання п'ятивалентного фосфору замінює атом кремнію, і чотири з п'яти зовнішніх електронів зовнішнього шару атома фосфору утворюють ковалентний зв'язок з оточуючими атомами напівпровідника, а додатковий електрон майже не зв'язаний і легше стає вільним електроном. Тому кількість вільних електронів збільшується після легування, і провідність вільних електронів стає основною провідною модою цього напівпровідника, який називається напівпровідником N-типу.
Коли тривалентний бор вводиться замість атома кремнію, утворюється «дірка», коли три зовнішні електрони зовнішнього шару атома бору утворюють ковалентний зв’язок з оточуючими атомами напівпровідника. Тому кількість дірок після легування значно збільшується, і діркова провідність стає основним методом провідності цього напівпровідника, який називається напівпровідником Р-типу.
Напівпровідники як N-типу, так і P-типу є нейтральними і не виявляють електричних властивостей назовні.
Електрони напівпровідників N-типу є основними, а дірки – неосновними.
Дірки напівпровідників Р-типу є основними носіями, а електрони - неосновними.
2. «PN-перехід» і «ефект фотовольтаїки»
PN-перехід складається з N-легованої області та P-типу легованої області, що знаходяться в тісному контакті. На повному шматку кремнієвої пластини використовуються різні процеси легування для формування напівпровідників N-типу з одного боку та напівпровідників P-типу з іншого боку. Область поблизу межі розділу двох типів напівпровідників є PN-переходом. Основною структурою сонячної батареї є плоский PN-перехід великої площі.
Коли сонячне світло потрапляє на PN-перехід, PN-перехід поглинає світлову енергію для збудження електронів і дірок, генеруючи напругу в PN-переході, що називається «фотоелектричним вольт-ефектом» або просто «фотоелектричним ефектом».
