太陽能電池基礎—PN結

2021-03-02 高分子材料與新能源
     半導體材料的各種性能很大程度上取決於其內部的電子的狀態。通過摻雜，可以很容易地改變半導體中的電子或者空穴的濃度進而改變其電導率。以矽為例，可以通過引入磷，因為P外層有5個價電子，在替代原有的矽原子後會多餘1個電子，這個多餘的電子很容易成為自由電子。這中摻雜的最終會使得矽中的自由電子的濃度大大提高，所得的半導體為N型半導體。類似地，如果引入的是硼或者鎵，則空穴的濃度會大大提升獲得的半導體為P型半導體。

圖1-N型/P型半導體

   若N型半導體和P型半導體相遇結合在一起就形成了一個PN結。太陽能光伏電池本質上就是一個PN結。

圖2- N型與P型半導體相遇示意圖

     N型部分電子濃度比P型部分高，電子會由N型區向P型區擴散，而空穴則會由P型區向N型區擴散。擴散的最終結果就是在接觸區域形成一個由N型指向P型的內建電場，阻止兩種多數載流子的進一步擴散。

圖3- PN結示意圖

   如果給PN結加一個正向偏壓時，內建電場將會被減弱，從而使漂移電流減小，原有的平衡打破，PN結有淨擴散電流通過，方向與外加電壓方向一致。

圖4-正向偏壓下的PN結

    如果給PN結增加一個反向偏壓，內建電場得到增強，從而漂移電流增大，原有的平衡打破，PN結有淨漂移電流通過。因少數載流子的濃度

很低，因而整個迴路中可以視為無電流通過。

圖5-反向偏壓下的PN結

免責聲明：素材來源於UNSW ，僅用於學習交流。

相關焦點

  • 不存在的,我們用有機太陽能電池
    和所有太陽能電池一樣，有機電池也是由一個P型區（positive）與一個N型區（negative）組成的pn結構成的。pn結的P型區帶正電的空穴多，N型區帶負電的自由電子多所謂「有機」就是指它的pn結組成材料用了有機的導電聚合物，而不是傳統的無機材料。
  • 晶矽電池效率理論上限? - 北極星太陽能光伏網
    北極星太陽能光伏網訊:晶矽電池轉換效率的理論上限？1954年貝爾實驗室的CHAPIN等三人發表了第一篇關於矽太陽電池的文章，在這篇文章中就已指出有反射、複合、電阻三方面的因素使電池的效率低於某個上限。早在1961年，William Shockley等人根據細緻平衡原理在只考慮輻射複合作為電子－空穴對唯一的複合機制的理想情況下，通過計算得出p-n結太陽能電池的效率極限為30％。
  • 太陽能電池新技術誕生:轉化率高達24.2%
    日本產業技術綜合研究所(AIST，簡稱產綜研)2014年6月24日在「AIST光伏發電研究成果報告會2014」上宣布開發出了「SmartStack」技術，可粘合由異種半導體構成的太陽能電池的pn層。利用該技術可在Si類和CIGS類太陽能電池上層積III-V族pn結，因此能夠以低成本製造高效率的太陽能電池。
  • 納米線技術突破為高效太陽能電池組件帶來新曙光
    先進光伏材料公司Sol Voltaics採用其專利工藝Aerotaxy®完成了光伏(PV)納米線的製造，這是該公司將眾所期待的太陽能轉換效率提升技術進行商業化過程中的一次重大飛躍。
  • 【科普】太陽能光伏電池的基礎特性須知
    太陽能光伏電池的作用在於把太陽的光能直接轉化為電能。目前地面光伏系統大量使用的是以矽為基底的矽太陽能電池，可分為單晶矽、多晶矽、非晶矽太陽能電池。在光伏發電過程中，太陽能光伏電池的基礎特性如下：開路電壓開路電壓UOC：即將太陽能光伏電池置於100mW/cm2的光源照射下，在兩端開路時，電池的輸出電壓值。
  • 太陽能是一種清潔能源,是什麼原因,使人類不能完全改用太陽能?
    為了充分利用太陽能，讓我們來看看，太陽能電池是如何工作的？以及這種能量是如何轉化為電力的？太陽能電池操作原理太陽能電池是由大量相關光電池組成的系統。它們通常由半導體製成，其中最常見的是矽。在電池單元中，晶體矽位於不同電導率的兩層之間，其每個原子是通過與相鄰四層之間的強鍵相連，這些連接體容納電子，不允許電流流動。因此，太陽能電池的工作原理：電子從具有過量電子的層（n型）過渡到具有缺陷（p型）的層，在這種轉換中，我們稱它為pn結，一邊形成正電荷，而另一邊形成負電荷。陽光是微小的粒子流，即：光子。
  • 日本產蹤研開發可低成本製造高效多結太陽能電池技術,轉換效率達24...
    【相關新聞】 理光開發適合室內光線的全固態染料敏化太陽能電池 弗勞恩霍夫IAP成功在柔性玻璃上製作出有機太陽能電池 本田公開試驗中的智能住宅和非接觸充電系統，採用磁共振方式 用半導體高分子挑戰「塗布型」太陽能電池（下）
  • 晶矽電池效率理論上限?
    北極星太陽能光伏網訊:晶矽電池轉換效率的理論上限？1954年貝爾實驗室的CHAPIN等三人發表了第一篇關於矽太陽電池的文章，在這篇文章中就已指出有反射、複合、電阻三方面的因素使電池的效率低於某個上限。早在1961年，William Shockley等人根據細緻平衡原理在只考慮輻射複合作為電子－空穴對唯一的複合機制的理想情況下，通過計算得出p-n結太陽能電池的效率極限為30％。
  • 太陽能電池板多少錢 太陽能電池板介紹
    太陽能電池板 是一種利用 太陽能 進行發電的裝置，近年來的發展十分迅速，由於它具有出色的節能效果，因此應用前景十分樂觀。關於太陽能電池板，市面上的產品有很多，但是大部分都是魚龍混雜，因此需要消費者掌握相關專業知識並能夠進行基礎分析，以便可以合理選擇最為合適的一款產品。針對這個問題，今天為大家介紹的信息就是太陽能電池板的價格舉例和計算方法。
  • 葉綠素太陽能電池
    北極星太陽能光伏網訊:將植物裡的葉綠素提取出來，放到人工製備的膜裡，光照時就會產生電。這就是葉綠素電池。目前，全球每年至少要消耗13太瓦(1太瓦=1萬億瓦)能源。石油等化石能源的不可再生性，決定了人們必須尋找其替代品。功率達12萬太瓦的太陽便進入了人們的視線。理論上，只要收集1小時的太陽能，就可滿足人類全年的能源需求。
  • 太陽能電池材料新突破:鈣鈦礦太陽能電池
    太陽能電池材料新突破：鈣鈦礦太陽能電池 學術頭條 發表於 2020-11-30 13:56:21 當前，大多數常用的太陽能電池都是以矽材料為基礎製成的，因為矽這種材料可以將太陽能轉化為清潔的電能
  • 在TMDCs太陽能電池中實現高開路電壓
    基於TMDCs範德華結的光伏器件在超薄厚度下顯示出很高的光電流，證明了TMDCs是化學穩定且無毒的吸收材料，有望實現高效的超薄太陽能電池。然而，TMDCs範德華結的開路電壓（VOC）非常低，多層TMDCs（EG 1.2-1.3 eV）的相應 V OC值低於0.4 V，單層器件（ E G 1.6-1.9 eV）低於0.6 V，這阻礙了高效TMDC光伏器件的發展。
  • 太陽能電池的厚度至少要比商業太陽能電池薄十倍
    在最近發表在《自然能源》上的「超薄太陽能電池的進展和前景」中，科學家聲稱生產太陽能電池的厚度至少要比商業太陽能電池薄十倍，這將便宜得多，因為所需材料的數量明顯減少。與較薄的細胞層相關的沉積時間的下降也將導致更高的生產通量和更低的投資成本。
  • 各類晶矽電池的效率上限誰最高?影響因素是什麼?
    晶體矽太陽能電池理論極限效率：29.43%；普通單晶矽電池理想條件下最高效率為24.5％；HJT電池理想條件下最高效率為27.5％；TOPCon電池具有更加高的效率上限，28.2%~28.7%。僅供參考晶矽電池轉換效率的理論上限？
  • 李永舫院士:應在現有生產線技術基礎上開發鈣鈦礦/矽疊層太陽能電池
    近期，鈣鈦礦太陽能電池研究領域異常火熱。剛剛過去不久的3月份，《科學》連續刊發4篇有關鈣鈦礦太陽能電池的研究論文，其中關於鈣鈦礦與矽的疊層太陽能電池的文章就有3篇。鈣鈦礦太陽能電池的熱點科學問題是什麼?受關注的解決策略有哪些?近期發表的文章對熱點科學問題有什麼貢獻?
  • 第一屆新型太陽能電池暨鈣鈦礦太陽能電池學術研討會
    日本NIMS韓禮元教授、武漢大學趙興中教授、浙江大學陳紅徵教授、華中科技大學韓宏偉教授、華南理工大學葉軒立教授、華東理工大學花建麗教授、北京大學佔肖衛教授、北京大學朱瑞教授和武漢大學方國家教授針對鈣鈦礦太陽能電池、染料敏化太陽能電池和有機太陽電池等新型太陽能電池領域的最新前沿研究進展作了大會報告。
  • 我國薄膜太陽能電池亟待產業化
    一些專家和學者建議，應加大基礎研究，瞄準柔性電池強化研發，打破國外技術壟斷，推動薄膜太陽能電池實現產業化，促進我國光伏產業升級換代。新型薄膜太陽能電池發展迅速近年來，我國光伏產業發展迅速，太陽能作為一種可再生資源受到越來越多的關注。
  • 太陽能電池分類及知識一覽(圖)
    由這種器件封裝成太陽能電池組件，再按需要將一定數量的組件組合成一定功率的太陽電池方陣，經與儲能裝置、測量控制裝置及直流—交流變換裝置等相配套，即構成太陽電池發電系統，也稱為光伏發電系統。　　太陽能光伏發電最核心的器件是太陽能電池。
  • 領跑有機太陽能電池領域
    他們開發的有機太陽能電池器件光電轉化效率多次刷新世界紀錄。2004年，陳永勝從美國回到母校南開大學任教，建立了以碳材料為基礎的綠色能源材料和應用研究團隊，並在2007年開始進行有機太陽能發電和以碳納米材料為基礎的儲電方面的研究。當時整個領域處於低谷，光電轉化效率在5%左右。
  • 太陽能電池的工作原理
    太陽能電池是以半導體材料為主，利用光電材料吸收光能後發生光電轉換，使它產生電流，那麼太陽能電池的工作原理是怎麼樣的呢?以光電效應工作的薄膜式太陽能電池為主流，而以光化學效應工作的溼式太陽能電池則還處於萌芽階段。