Quin és el principi de generació d'energia de cèl·lules solars?

Cada vegada apareixen més cèl·lules solars en el camp de visió de les persones. Sempre que hi hagi llum solar, pot generar corrent, que no és massa convenient. Quin és el seu principi? Avui parlaré breument i lleugerament en profunditat sobre el principi de generació d'energia de les cèl·lules solars de silici cristal·lí més comunes.

En primer lloc, hem d'introduir la matèria primera de les cèl·lules solars de silici cristal·lí: el silici. Aquestes coses negres i una mica metàl·liques són polisilicis preparats inicialment per alguns mètodes químics. El silici és un material semiconductor, el que significa que la seva conductivitat es troba entre la d'un conductor i un aïllant. A diferència dels metalls, els portadors del silici tenen una cosa anomenada forats a més d'electrons.

Què és un forat?

Hi ha quatre electrons a la capa més externa de l'àtom de silici. Si alguns electrons obtenen una certa quantitat d'energia del món exterior, es trencaran i es convertiran en electrons lliures, i la posició original dels electrons es convertirà en una vacant, i aquesta vacant és un forat. Tots sabem que els electrons estan carregats negativament, de manera que els forats són equivalents a un portador carregat positivament.

Bé, sabent això, el següent que volem parlar és el silici de tipus P i el silici de tipus N. Això és molt simple, el silici de tipus P significa que els forats són els portadors majoritaris, i el silici de tipus N significa que els electrons són els portadors majoritaris. Què? El nombre d'electrons i forats ha de ser el mateix? Hmm~ Si la puresa del silici és del 100%, és clar que el nombre d'ells és el mateix, però i si substituïm part del silici de l'element del silici per un element amb cinc electrons a la capa més externa de l'àtom? Què passa si el substituïm per un element amb només tres electrons a la capa més externa?

Els dos elements més dopats en silici són el fòsfor (+5 valència) i el bor (+3 valència).

Després, hi ha una cosa anomenada unió PN, que no és simplement una peça de silici de tipus P i un tros de silici de tipus N. Generalment, una superfície d'una peça de silici de tipus P es dopada amb fòsfor per formar una capa de silici de tipus N, i viceversa, de manera que es forma una unió PN a la zona on el silici de tipus P i la interfície de silici de tipus N.

La formació de la unió PN és molt senzilla. Atès que hi ha molts forats lliures en el silici de tipus P, i hi ha molts electrons lliures en el silici de tipus N, a causa de la diferència de concentració, els forats del silici de tipus P es difondran en silici de tipus N, mentre que el silici de tipus N té més electrons lliures. Els electrons en silici també es difonen en silici de tipus P. D'aquesta manera, es formarà un camp elèctric a la zona on es troben el silici de tipus P i N. És el que anomenem un camp elèctric incorporat. A mesura que la difusió progressi, la força del camp elèctric es farà cada vegada més gran, i el camp elèctric empenyerà els forats al silici de tipus P. direcció d'empenta. Finalment, la força del camp elèctric i la diferència de concentració formen un equilibri, obtenint així una unió PN estable.

I ara la part final. Com genera l'electricitat la unió PN? Com a semiconductor, el silici té una altra propietat important. És a dir, quan hi ha llum, els electrons de la capa exterior del silici obtindran energia de la llum per convertir-se en electrons lliures i deixar un forat en la posició original per formar un parell electró-forat. Si aquest grup de parells electró-forat es genera a la regió on es construeix el camp elèctric a la unió PN, sota l'acció de la força del camp elèctric, els forats es desplaçaran a la regió P, i els electrons es desplaçaran a la regió N. D'aquesta manera, es generarà una diferència de potencial a través de la unió del PN. Si connectem els dos extrems de la unió PN a l'elèctrode i després l'encenem, es generarà un corrent.

L'anterior és el principi de generació d'energia de les cèl·lules solars. El principi és bastant senzill, però en el procés de producció, per tal de millorar l'eficiència de la bateria, hi ha molts altres processos que cal millorar.