Kakšno je načelo proizvodnje energije s sončnimi celicami?

Now, more and more solar cells appear in people's field of vision. As long as there is sunlight, it can generate current, which is not too convenient. What is its principle? Today, I will briefly and slightly in-depth talk about the power generation principle of the most common crystalline silicon solar cells.

First of all, we have to introduce the raw material of crystalline silicon solar cells: silicon.These black and somewhat metallic things are polysilicon initially prepared by some chemical methods. Silicon is a semiconducting material, which means its conductivity is between that of a conductor and an insulator. Unlike metals, silicon's carriers have something called holes in addition to electrons.

Kaj je luknja?

V najbolj zunanji plasti atoma silicija so štirje elektroni. Če nekateri elektroni dobijo določeno količino energije iz zunanjega sveta, se bodo osvobodili in postali prosti elektroni, prvotni položaj elektronov pa bo postal prosto mesto, to prosto mesto pa je luknja. Vsi vemo, da so elektroni negativno nabiti, zato so luknje enakovredne pozitivno nabitemu nosilcu.

No, če to vemo, je naslednja stvar, o kateri želimo govoriti, silicij tipa P- in silicij tipa N-. To je zelo preprosto, silicij tipa P- pomeni, da so luknje večinski nosilci, silicij tipa N- pa pomeni, da so elektroni večinski nosilci. Kaj? Pravite, da bi moralo biti število elektronov in lukenj enako? Hmm. Če je čistost silicija 100-odstotna, je seveda njihovo število enako, kaj pa če zamenjamo nekaj silicija v elementu silicija z elementom s petimi elektroni v najbolj zunanji plasti atoma? Kaj pa, če ga zamenjate z elementom s samo tremi elektroni v najbolj oddaljeni lupini?

Dva elementa, ki sta najbolj dopirana v silicij, sta fosfor (plus 5 valenca) in bor (plus 3 valenca).

Potem obstaja nekaj, kar se imenuje PN spoj, ki ni le kos silicija tipa P- in kos silicija tipa N-. Na splošno je površina kosa silicija tipa P- dopirana s fosforjem, da tvori plast silicija tipa N-, in obratno, tako da nastane PN spoj na območju, kjer je Silicij tipa P- in silikonski vmesnik tipa N-.

Oblikovanje PN stičišča je zelo preprosto. Ker je v siliciju tipa P- veliko prostih lukenj in v siliciju tipa N- je veliko prostih elektronov, so zaradi razlike v koncentraciji luknje v siliciju tipa P- bo difundirala v silicij tipa N-, medtem ko ima silicij tipa N- več prostih elektronov. Elektroni v siliciju difundirajo tudi v silicij tipa P-. Na ta način bo na območju, kjer se srečata silicij tipa P in N-, nastalo električno polje. Imenujemo ga vgrajeno-električno polje. Ko bo difuzija napredovala, bo jakost električnega polja vse večja in večja, električno polje pa bo potisnilo luknje do silicija tipa P-. smer potiska. Končno, sila električnega polja in razlika koncentracije tvorita ravnotežje, s čimer dobimo stabilen PN spoj.

Zdaj pa za zadnji del. Kako PN stičišče proizvaja električno energijo? Kot polprevodnik ima silicij še eno pomembno lastnost. To pomeni, da ko je svetloba, bodo elektroni v zunanji plasti silicija dobili energijo od svetlobe, da bi postali prosti elektroni in pustili luknjo v prvotnem položaju, da tvorijo par elektronskih- lukenj. Če se ta skupina parov elektronskih- lukenj ustvari v območju, kjer je električno polje zgrajeno v PN stičišču, se bodo pod delovanjem sile električnega polja luknje premaknile v območje P in elektroni bodo premakniti v regijo N. Na ta način se bo ustvarila potencialna razlika čez PN stičišče. Če oba konca PN spoja povežemo z elektrodo in jo nato vklopimo, bo nastal tok.

Zgoraj je načelo proizvodnje energije sončnih celic. Načelo je precej preprosto, vendar je v proizvodnem procesu, da bi izboljšali učinkovitost baterije, še veliko drugih procesov, ki jih je treba izboljšati.