P-N結(jié)

太陽能電池發(fā)電的原理是基于半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)將太陽輻射直接轉(zhuǎn)換為電能。在晶體中電子的數(shù)目總是與核電荷數(shù)相一致，所以P型硅和N型硅對(duì)外部來說是電中性的。如將P型硅或N型硅放在陽光下照射，僅是被加熱，外部看不出變化。盡管通過光的能量電子從化學(xué)鍵中被釋放，由此產(chǎn)生電子－空穴對(duì)，但在很短的時(shí)間內(nèi)（在μS范圍內(nèi)）電子又被捕獲，即電子和空穴“復(fù)合”。

當(dāng)P型和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí)，在兩種半導(dǎo)體的交界面區(qū)域里會(huì)形成一個(gè)特殊的薄層，界面的P型一側(cè)帶負(fù)電，N型一側(cè)帶正電。這是由于P型半導(dǎo)體多空穴，N型半導(dǎo)體多自由電子，出現(xiàn)了濃度差。N區(qū)的電子會(huì)擴(kuò)散到P區(qū)，P區(qū)的空穴會(huì)擴(kuò)散到N區(qū)，一旦擴(kuò)散就形成了一個(gè)由N指向P的“內(nèi)電場(chǎng)”，從而阻止擴(kuò)散進(jìn)行。達(dá)到平衡后，就形成了這樣一個(gè)特殊的薄層形成電勢(shì)差，這就是P－N結(jié)。

至今為止，大多數(shù)太陽能電池廠家都是通過擴(kuò)散工藝，在P型硅片上形成N型區(qū)，在兩個(gè)區(qū)交界就形成了一個(gè)P－N結(jié)（即N+/P）。太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)就是一個(gè)大面積平面P－N結(jié)。

光生伏特效應(yīng)

如果光線照射在太陽能電池上并且光在界面層被吸收，具有足夠能量的光子能夠在P型硅和N型硅中將電子從共價(jià)鍵中激發(fā)，以致產(chǎn)生電子－空穴對(duì)。界面層附近的電子和空穴在復(fù)合之前，將通過空間電荷的電場(chǎng)作用被相互分離。電子向帶正電的N區(qū)和空穴向帶負(fù)電的P區(qū)運(yùn)動(dòng)。通過界面層的電荷分離，將在P區(qū)和N區(qū)之間產(chǎn)生一個(gè)向外的可測(cè)試的電壓。此時(shí)可在硅片的兩邊加上電極并接入電壓表。對(duì)晶體硅太陽能電池來說，開路電壓的典型數(shù)值為0.5～0.6V。通過光照在界面層產(chǎn)生的電子－空穴對(duì)越多，電流越大。界面層吸收的光能越多，界面層即電池面積越大，在太陽能電池中形成的電流也越大。