Die photovoltaische Stromerzeugung ist eine Technologie, die Lichtenergie direkt in elektrische Energie umwandelt, indem sie den photovoltaischen Volteffekt der Halbleiterschnittstelle nutzt. Die Schlüsselkomponente dieser Technologie ist die Solarzelle. Nachdem die Solarzelle gekapselt und in Reihe geschützt wurde, kann eine große Fläche von Solarzellenmodulen gebildet werden, und dann wird in Kombination mit Komponenten wie Leistungsreglern ein photovoltaisches Stromerzeugungsgerät gebildet.
Prinzip der Stromerzeugung durch Solarzellen
1. Halbleiter vom N-Typ und Halbleiter vom P-Typ
Intrinsische Halbleiter sind reine Halbleiter mit Kristallstrukturen, die kovalente Bindungen zwischen Atomen bilden. Die beiden Elektronen in der kovalenten Bindung werden Valenzelektronen genannt.
Valenzelektronen können sich aus den Fesseln des Kerns befreien und zu freien Elektronen (negativ geladen) werden, nachdem sie eine bestimmte Energiemenge (Temperaturerhöhung oder Beleuchtung) gewonnen haben, während in der kovalenten Bindung eine Lücke zurückbleibt, die als Loch (positiv geladen) bezeichnet wird ). Sowohl freie Elektronen als auch Löcher werden Ladungsträger genannt, und die Anzahl der Ladungsträger in intrinsischen Halbleitern ist äußerst gering, die elektrische Leitfähigkeit ist sehr schlecht.
Der Einbau von Spurenmengen an Verunreinigungen (einige Elemente) in den intrinsischen Halbleiter bildet einen Verunreinigungshalbleiter, der seine Leitfähigkeit verbessern kann.
Durch die Zugabe von fünfwertigem Phosphor wird das Siliziumatom ersetzt, und vier der fünf Außenelektronen der äußeren Schicht des Phosphoratoms bilden eine kovalente Bindung mit den umgebenden Halbleiteratomen, und das zusätzliche Elektron ist nahezu ungebunden und kann leichter zu einem freien Elektron werden. Daher nimmt die Anzahl der freien Elektronen nach der Dotierung zu und die Leitung freier Elektronen wird zum Hauptleitungsmodus dieses Halbleiters, der als Halbleiter vom N-Typ bezeichnet wird.
Wenn dreiwertiges Bor anstelle des Siliziumatoms eingebaut wird, entsteht ein „Loch“, wenn die drei Außenelektronen der äußeren Schicht des Boratoms eine kovalente Bindung mit den umgebenden Halbleiteratomen eingehen. Daher steigt die Anzahl der Löcher nach der Dotierung deutlich an und die Lochleitung wird zur Hauptleitungsmethode dieses Halbleiters, der als P-Typ-Halbleiter bezeichnet wird.
Sowohl N-Typ- als auch P-Typ-Halbleiter sind neutral und zeigen nach außen keine elektrischen Eigenschaften.
Die Elektronen von Halbleitern vom N-Typ sind Mehrheitsträger und die Löcher sind Minoritätsträger.
Die Löcher von Halbleitern vom P-Typ sind Majoritätsträger und die Elektronen sind Minoritätsträger.
2. „PN-Übergang“ und „Photovoltaik-Volt-Effekt“
Der PN-Übergang besteht aus einem N-dotierten Bereich und einem P-Typ-Dotierungsbereich in engem Kontakt. Auf einem kompletten Stück Siliziumwafer werden unterschiedliche Dotierungsprozesse verwendet, um auf der einen Seite Halbleiter vom N-Typ und auf der anderen Seite Halbleiter vom P-Typ zu bilden. Der Bereich nahe der Grenzfläche der beiden Halbleiterarten ist der PN-Übergang. Die Grundstruktur einer Solarzelle ist ein großflächiger planarer PN-Übergang.
Wenn Sonnenlicht auf den PN-Übergang trifft, absorbiert der PN-Übergang Lichtenergie, um Elektronen und Löcher anzuregen, und erzeugt eine Spannung im PN-Übergang, die als „Photovoltaik-Volt-Effekt“ oder einfach „Photovoltaik-Effekt“ bezeichnet wird.
