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1、英文名称：Photovoltaic effect。光生伏特效应是指半导体在受到光照射时产生电动势的现象。 光生伏特效应-(可制作光电池、光敏二极管、光敏三极管和半导体位置敏感器件传感器）；侧向光生伏特效应（殿巴效应）-(可制作半导体位置敏感器件（反转光敏二极管）传感器）；PN 结光生伏特效应-(可制作光电池、光敏二极管和光敏三极管传感器）。目录光电伏特效应概述 光电伏特效应与光电池 太阳能的“光生伏特效应”编 辑 本 段光 电 伏 特 效 应 概 述1.P-N 结 太 阳 能 电 池 发 电 的 原 理 是 基 于 半 导 体 的 光 生 伏 特 效 应 将 太 阳 辐 射 直 接转 换 为
2、电 能 。 在 晶 体 中 电 子 的 数 目 总 是 与 核 电 荷 数 相 一 致 ， 所 以 P 型 硅 和N 型 硅 对 外 部 来 说 是 电 中 性 的 。 如 将 P 型 硅 或 N 型 硅 放 在 阳 光 下 照 射 ， 仅 是被 加 热 ， 外 部 看 不 出 变 化 。 尽 管 通 过 光 的 能 量 电 子 从 化 学 键 中 被 释 放 ， 由 此产 生 电 子 空 穴 对 ， 但 在 很 短 的 时 间 内 （ 在 S 范 围 内 ） 电 子 又 被 捕 获 ，即 电 子 和 空 穴 “复 合 ”。 当 P 型 和 N 型 半 导 体 结 合 在 一 起 时 ， 在
3、两 种 半 导 体 的 交 界 面 区 域 里 会 形成 一 个 特 殊 的 薄 层 ， 界 面 的 P 型 一 侧 带 负 电 ， N 型 一 侧 带 正 电 。 这 是 由 于P 型 半 导 体 多 空 穴 ， N 型 半 导 体 多 自 由 电 子 ， 出 现 了 浓 度 差 。 N 区 的 电 子 会扩 散 到 P 区 ， P 区 的 空 穴 会 扩 散 到 N 区 ， 一 旦 扩 散 就 形 成 了 一 个 由 N 指 向P 的 “内 电 场 ”， 从 而 阻 止 扩 散 进 行 。 达 到 平 衡 后 ， 就 形 成 了 这 样 一 个 特 殊的 薄 层 形 成 电 势 差 ， 这
4、 就 是 P N 结 。 至 今 为 止 ， 大 多 数 太 阳 能 电 池 太 阳 能 电 池厂 家 都 是 通 过 扩 散 工 艺 ， 在 P 型 硅 片 上 形 成 N 型 区 ， 在 两 个 区 交 界 就 形 成了 一 个 P N 结 （ 即 N+ P） 。 太 阳 能 电 池 的 基 本 结 构 就 是 一 个 大 面 积 平 面P N 结 。 2.光 生 伏 特 效 应 如 果 光 线 照 射 在 太 阳 能 电 池 上 并 且 光 在 界 面 层 被 吸 收 ， 具 有 足 够 能 量 的光 子 能 够 在 P 型 硅 和 N 型 硅 中 将 电 子 从 共 价 键 中 激 发
5、 ， 以 致 产 生 电 子 空穴 对 。 界 面 层 附 近 的 电 子 和 空 穴 在 复 合 之 前 ， 将 通 过 空 间 电 荷 的 电 场 作 用 被相 互 分 离 。 电 子 向 带 正 电 的 N 区 和 空 穴 向 带 负 电 的 P 区 运 动 。 通 过 界 面 层的 电 荷 分 离 ， 将 在 P 区 和 N 区 之 间 产 生 一 个 向 外 的 可 测 试 的 电 压 。 此 时 可在 硅 片 的 两 边 加 上 电 极 并 接 入 电 压 表 。 对 晶 体 硅 太 阳 能 电 池 来 说 ， 开 路 电 压的 典 型 数 值 为 0.5 0.6V。 通 过 光
6、照 在 界 面 层 产 生 的 电 子 空 穴 对 越 多 ， 电流 越 大 。 界 面 层 吸 收 的 光 能 越 多 ， 界 面 层 即 电 池 面 积 越 大 ， 在 太 阳 能 电 池 中形 成 的 电 流 也 越 大 。 编 辑 本 段光 电 伏 特 效 应 与 光 电 池? 光 电 池 是 一 种 直 接 将 光 能 转 换 为 电 能 的 光 电 器 件 。 光 电 池 在 有 光 线作 用 时 实 质 就 是 电 源 ， 电 路 中 有 了 这 种 器 件 就 不 需 要 外 加 电 源 。 ? 光 电 池 的 工 作 原 理 是 基 于 “光 生 伏 特 效 应 ”。 它 实
7、 质 上 是 一 个 大 面 积的 PN 结 ， 当 光 照 射 到 PN 结 的 一 个 面 ， 例 如 P 型 面 光 伏 发 电时 ， 若 光 子 能 量 大 于 半 导 体 材 料 的 禁 带 宽 度 ， 那 么 P 型 区 每 吸 收 一 个 光 子就 产 生 一 对 自 由 电 子 和 空 穴 ， 电 子 -空 穴 对 从 表 面 向 内 迅 速 扩 散 ， 在 结 电 场的 作 用 下 ， 最 后 建 立 一 个 与 光 照 强 度 有 关 的 电 动 势 。 光 电 池 基 本 特 性 有 以 下 几 种 ： ? (1)光 谱 特 性 光 电 池 对 不 同 波 长 的 光 的
8、 灵 敏 度 是 不 同 的 。 光 谱 响 应 峰 值所 对 应 的 入 射 光 波 长 是 不 同 的 ， 硅 光 电 池 波 长 在 0.8 m 附 近 ， 硒 光 电 池 在0.5 m 附 近 。 硅 光 电 池 的 光 谱 响 应 波 长 范 围 为 0.41.2 m， 而 硒 光 电 池 只能 为 0.380.75 m。 可 见 ， 硅 光 电 池 可 以 在 很 宽 的 波 长 范 围 内 得 到 应 用 。 (2)光 照 特 性 ： 光 电 池 在 不 同 光 照 度 下 ， 其 光 电 流 和 光 生 电 动 势 是 不 同的 ， 它 们 之 间 的 关 系 就 是 光 照
9、特 性 。 短 路 电 流 在 很 大 范 围 内 与 光 照 强 度 呈 线性 关 系 ， 开 路 电 压 （ 即 负 载 电 阻 RL 无 限 大 时 ） 与 光 照 度 的 关 系 是 非 线 性 的 ，并 且 当 照 度 在 2000lx 时 就 趋 于 饱 和 了 。 因 此 用 光 电 池 作 为 测 量 元 件 时 ， 应把 它 当 作 电 流 源 的 形 式 来 使 用 ， 不 宜 用 作 电 压 源 。 (3)温 度 特 性 光 电 池 的 温 度 特 性 是 描 述 光 电 池 的 开 路 电 压 和 短 路 电 流 随温 度 变 化 的 情 况 。 由 于 它 关 系 到
10、 应 用 光 电 池 的 仪 器 或 设 备 的 温 度 漂 移 ， 影 响到 测 量 精 度 或 控 制 精 度 等 重 要 指 标 ， 因 此 温 度 特 性 是 光 电 池 的 重 要 特 性 之 一 。开 路 电 压 随 温 度 升 高 而 下 降 的 速 度 较 快 ， 而 短 路 电 流 随 温 度 升 高 而 缓 慢 增 加 。由 于 温 度 对 光 电 池 的 工 作 有 很 大 影 响 ， 因 此 把 它 作 为 测 量 元 件 使 用 时 ， 最 好能 保 证 温 度 恒 定 或 采 取 温 度 补 偿 措 施 。 编 辑 本 段太 阳 能 的 “光 生 伏 特 效 应 ”
11、利 用 太 阳 能 的 最 佳 方 式 是 光 伏 转 换 ， 就 是 利 用 光 伏 效 应 ， 使 太 光 生 伏 特 效 应 用阳 光 射 到 硅 材 料 上 产 生 电 流 直 接 发 电 。 “光 生 伏 特 效 应 ”（ Photovoltaic effect） ， 简 称 “光 伏 效 应 ”。风 光 互 补 控 制 器 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
12、 ， 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 材 料 能 将 太 阳 能 直 接 转 换 成 电 能 的 材 料 。 光 伏 材 料 又 称 太 阳 能 电 池材 料 ， 只 有 半 导 体 材 料 具 有 这 种 功 能 。 可 做 太 阳 电 池 材 料 的 材 料 有 单 晶 硅 、多 晶 硅 、 非 晶 硅 、 GaAs、 GaAlAs、 InP、 CdS、 CdTe 等 。 用 于 空 间 的 有 单 晶硅 、 GaAs、 InP。 用 于 地 面 已 批 量
13、 生 产 的 有 单 晶 硅 、 多 晶 硅 、 非 晶 硅 。 其 他尚 处 于 开 发 阶 段 。 目 前 致 力 于 降 低 材 料 成 本 和 提 高 转 换 效 率 ， 使 太 阳 能 电 池的 电 力 价 格 与 火 力 发 电 的 电 力 价 格 竞 争 ， 从 而 为 更 广 泛 更 大 规 模 应 用 创 造 条件 。 以 硅 材 料 的 应 用 开 发 形 成 的 产 业 链 条 称 之 为 光 伏 产 业 ， 包 括 高 纯 多 晶 硅原 材 料 生 产 、 太 阳 能 电 池 生 产 、 太 阳 能 电 池 组 件 生 产 、 相 关 生 产 设 备 的 制 造等 。
14、我 国 76%的 国 土 光 照 充 沛 ， 光 能 资 源 分 布 较 为 均 匀 ； 与 水 电 、 风 电 、 核电 等 相 比 ， 太 阳 能 发 电 没 有 任 何 排 放 和 噪 声 ， 应 用 技 术 成 熟 ， 安 全 可 靠 ； 除大 规 模 并 网 发 电 和 离 网 应 用 外 ， 太 阳 能 还 可 以 通 过 抽 水 、 超 导 、 蓄 电 池 、 制氢 等 多 种 方 式 储 存 ， 太 阳 能 蓄 能 ， 几 乎 可 以 满 足 中 国 未 来 稳 定 的 能 源 需求 。 太 阳 能 是 未 来 最 清 洁 、 安 全 和 可 靠 的 能 源 ， 发 达 国 家
15、 正 在 把 太 阳 能 的 开发 利 用 作 为 能 源 革 命 主 要 内 容 长 期 规 划 ， 光 伏 产 业 正 日 益 成 为 国 际 上 继IT、 微 电 子 产 业 之 后 又 一 爆 炸 式 发 展 的 行 业 。 光 伏 产 业 链 包 括 硅 料 、 硅 片 、 电 池 片 、 电 池 组 件 、 应 用 系 统 5 个 环 节 。上 游 为 硅 料 、 硅 片 环 节 ； 中 游 为 电 池 片 、 电 池 组 件 环 节 ； 下 游 为 应 用 系 统 环节 。 从 全 球 范 围 来 看 ， 产 业 链 5 个 环 节 所 涉 及 企 业 数 量 依 次 大 幅 增 加 ， 光 伏市 场 产 业 链 呈 金 字 塔 形 结 构 。
