2掺入磷原子的硅晶体结构图(N型)太阳能电池的基本结构相当于一个大面积二极管,其基本特性也与二极管类似。当用适当波长的太阳光照射到半导体上时,光能被半导体吸收后,在导带和价带中产生非平衡载流子--电子和空穴。半导体内在P型和N型交界面(图2-3)两边形成势垒电场,能将电子驱向N区,空穴驱向P区,从而使得N区有过剩的电子,P区有过剩的空穴,在P-N结附近形成与势垒电场方向相反的光生电场。光生电场的一部分除抵消势垒电场外,还使P型层带正电,N型层带负电,在N区与P区之间的薄层产生所谓光生伏特电动势。若分别在P型层和N型层焊上金属引线,接通负载,外电路则有电流通过。如此形成的一个个电池元件,把它们串联、并联起来,就能输出一定的电压、电流和功率。这样,太阳的光能就直接变成了可付诸实用的电能。图2-1所示为P型区结构图,图2-2所示为N型区结构图。图2-3半导体P型与N型交界面另外,在受光面上,覆盖着一层很薄的天蓝色氧化硅薄膜以减少入射太阳光的反射,提高太阳能电池对于入射光的吸收率[6]。2.2太阳能电池的等效电路光伏电池受光的照射便产生电流。这个电流随着光强的增加而增大,当接受的光强度一定时,可以将光伏电池看作恒流电源。目前使用的光伏电池可看作P-N结型二极管,因为在光的照射下产生正向偏压,所以在P-N结为理想状态的情况下,可根据图2-4表示的等效电路来考虑。V图2-4理想状态的太阳能电池等效电路图在这种等效电路中,加给负荷的电压V和流过负荷的电流I之间的关系式,可由下式给出。太阳能(2-1)当I=0时,可以得到太阳能电池的开路电压(2-2)其中I为电池单元输出电流;IL为PN结电流(A);IO为二极管的反向饱和电流(A);V为外加电压(V);q是单位电荷(1.6×10-19K库仑);K是玻耳兹曼常数(1.38×10-23J/K);T是绝对温度(T=t+273K);n为二极管指数。
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