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時至今日，太陽能光伏發(fā)電已廣泛應(yīng)用于航天（衛(wèi)星、航天器等）、交通（航標(biāo)燈、交通信號燈等）、通訊（無人值守微波中繼站、小型通信機等）等領(lǐng)域，光伏電站也大面積并網(wǎng)運行。
對于光伏發(fā)電，小伙伴們應(yīng)該都不陌生，也能說出這是利用太陽能電池將光能轉(zhuǎn)換成電能的一項技術(shù)。
那么，大家有沒有想過太陽能電池又是怎么發(fā)電的呢？
額……請上面那位同學(xué)圓潤地離開~~
1839年，法國人貝爾雷克在做研究的時候，發(fā)現(xiàn)光照能夠使半導(dǎo)體材料的不同部位之間產(chǎn)生電位差。這個現(xiàn)象被稱為“光生伏特效應(yīng)”，簡稱“光伏效應(yīng)”。
1954年，美國人恰賓和皮爾松在貝爾實驗室首次制成了實用的單晶硅太陽能電池，誕生了將太陽光能轉(zhuǎn)換為電能的實用光伏發(fā)電技術(shù)。
好像還是不明白，那就來拆塊太陽能電池看看~
Part1
太陽能電池的構(gòu)造
我們先來看看太陽能電池的構(gòu)造，它由兩塊硅板（N型硅板和P型硅板）壓在一起構(gòu)成的，形成“PN結(jié)”。結(jié)構(gòu)基本上是這樣：
哈？！PN結(jié)？
別急，一點點慢慢說。
我們都知道，原子是由原子核和核外電子構(gòu)成，核外電子分成好幾層圍繞原子核運動。通常，最外層電子數(shù)為8個時，原子才會達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
我們的主角——硅，最外層電子只有4個。要達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，還得再找4個電子。
從哪里找呢？可以和其他的硅一起湊一湊。
每個硅原子和相鄰的4個硅原子共享電子對，形成“共價鍵”，這樣每個原子核周圍都有8個電子，穩(wěn)穩(wěn)的幸福。
▲ 晶態(tài)結(jié)構(gòu)平面示意圖
▲ 晶態(tài)結(jié)構(gòu)立體示意圖
這就是硅的晶態(tài)結(jié)構(gòu)。宏觀上呈銀色、具有金屬光澤。類似的元素還有碳、鍺（最外層都是4個電子）。晶態(tài)構(gòu)型的碳就是鉆石。鍺和硅一樣，也是半導(dǎo)體材料。
但這里的電子，被穩(wěn)穩(wěn)地束縛住。純凈的硅晶體，是不導(dǎo)電的。
于是，我們往其中一塊硅板里摻點磷，磷的最外層有5個電子，比硅多1個。每個磷都多一個電子，加在一起，這塊板就會多出很多自由電子，形成N型硅板。
另一塊呢，摻點硼，硼的最外層只有3個電子，比硅少1個。每個硼都少一個電子，加在一起，這塊板，就會多出很多“空穴”，形成P型硅板。
接著，我們把兩塊板緊緊的壓在一起，下面就是見證奇跡的時刻（然而并沒有）。
游蕩的自由電子們，往空穴區(qū)擴散，發(fā)起“占坑行動”。
在兩塊板連接的部位，P型側(cè)的空穴得到電子，形成負(fù)離子層；N型側(cè)失去自由電子，形成正離子層。正負(fù)離子層之間形成內(nèi)電場，對自由電子產(chǎn)生電場力，試圖穿過中間帶的電子被排斥在外，從而阻止了電子的進(jìn)一步擴散，這個內(nèi)電場，我們稱為PN結(jié)。
電池在不工作的時候，就穩(wěn)定在這個狀態(tài)。
Part2
解釋了什么叫PN結(jié)，我們就可以進(jìn)一步說說太陽能電池是如何發(fā)電的啦~
太陽能電池如何發(fā)電
當(dāng)太陽能電池片受到光照時，除了原本就自由的電子，原先穩(wěn)定的電子，吸收了光子的能量，也真是給點陽光就燦爛，開始躁動，都想要重獲自由，從而產(chǎn)生了許多帶正電的空穴和帶負(fù)電的自由電子。
空穴捕捉到電子被填充，其他原子失去電子產(chǎn)生空穴，這個過程可以看成是空穴的移動。
空穴和電子游蕩到PN結(jié)附近時，在內(nèi)建電場力的作用下，電子向N區(qū)漂移，空穴向P區(qū)漂移，從而在N區(qū)堆積大量負(fù)電荷，在P區(qū)堆積大量正電荷，從而產(chǎn)生電動勢。
如果此時從外部接通太陽能電池片的正負(fù)極，就會形成電流。
陽光源源不斷地打在光伏板上，不斷產(chǎn)生新的自由電子和空穴，自由電子和空穴在內(nèi)建電場力的作用下不斷漂移，形成外部電流，周而復(fù)始。
這種電能的產(chǎn)生方式，就叫做光伏發(fā)電。
呼~終于解釋完啦，今天的e堂課就到這里，同學(xué)們再見~
彩蛋
原標(biāo)題：【光伏百科】起底光伏發(fā)電的秘密
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