Com funciona una cèl·lula solar?

Quan el sol brilla a la unió PN del semiconductor, es forma un nou parell forat-electró. Sota l'acció del camp elèctric a la unió PN, els forats fotogenerats flueixen a la regió p i els electrons fotogenerats flueixen a la regió n, i el corrent es genera després d'encendre el circuit. Així és com funcionen les cèl·lules solars d'efecte fotoelèctric.

 

Hi ha dues maneres de generar energia solar, una és el mode de conversió llum-calor-electricitat i l'altra és el mode de conversió directa llum-electricitat.

 

Conversió llum-calor-electricitat:

 

El mètode de conversió llum-calor-electricitat genera electricitat utilitzant l'energia tèrmica generada per la radiació solar, que generalment el col·lector solar converteix en vapor del medi de treball, i després impulsa la turbina per generar electricitat.

 

El primer procés és el procés de conversió llum-calor; Aquest darrer procés és el procés de conversió calor-electricitat, que és el mateix que la generació d'energia tèrmica ordinària. El desavantatge de la generació d'energia solar tèrmica és que l'eficiència és molt baixa i el cost és molt elevat, i s'estima que la seva inversió és almenys de 5 a 10 vegades més cara que les centrals tèrmiques ordinàries.

 

Una central solar tèrmica de 1.000 MW requereix una inversió de 2 a 2.500 milions de dòlars EUA, i la inversió mitjana d'1 kW és de 2.000 a 2.500 dòlars EUA. Per tant, només es pot utilitzar a petita escala per a ocasions especials, i l'ús a gran escala és econòmicament poc econòmic i no pot competir amb les centrals tèrmiques ordinàries o les centrals nuclears.

 

Conversió directa òptica a elèctrica:

 

La generació d'energia de cèl·lules solars es fa segons les propietats fotoelèctriques de materials específics. Els cossos negres (com el sol) irradien ones electromagnètiques de diferents longituds d'ona (corresponents a diferents freqüències), com ara infraroja, ultraviolada, llum visible, etc.

 

Quan aquests raigs incideixen en diferents conductors o semiconductors, els fotons interaccionen amb els electrons lliures dels conductors o semiconductors per generar un corrent elèctric. Com més curta és la longitud d'ona del raig, més gran és la freqüència, més gran és l'energia, per exemple, l'energia del raig ultraviolat és molt més alta que la del raig infraroig.

 

Tanmateix, no totes les longituds d'ona de l'energia del raig es poden convertir en electricitat, val la pena assenyalar que l'efecte fotoelèctric és independent de la intensitat del raig, només quan la freqüència arriba o supera el llindar que pot produir efecte fotoelèctric, es pot generar corrent. .

 

La longitud d'ona màxima de la llum que pot fer que un semiconductor produeixi un efecte fotoelèctric està relacionada amb l'amplada del buit de banda del semiconductor, com ara l'amplada del buit de banda del silici cristal·lí és d'uns 1,155 eV a temperatura ambient, de manera que la longitud d'ona de la llum ha de ser menor. de 1100 nm per produir un efecte fotoelèctric de silici cristal·lí.

 

La generació d'energia de cèl·lules solars és un mètode de generació d'energia renovable i respectuós amb el medi ambient, que no produirà gasos d'efecte hivernacle com el diòxid de carboni en el procés de generació d'energia i no contaminarà el medi ambient. Segons els materials de producció, es divideixen en bateries de semiconductors a base de silici, bateries de pel·lícula fina CdTe, bateries de pel·lícula prima CIGS, bateries de pel·lícula prima sensibilitzades amb colorants, bateries de material orgànic, etc.

 

Les cèl·lules de silici es divideixen en cèl·lules monocristal·lines, cèl·lules policristalines i cèl·lules de pel·lícula fina de silici amorf. El paràmetre més important per a les cèl·lules solars és l'eficiència de conversió. A les cèl·lules solars basades en silici desenvolupades al laboratori, l'eficiència de les cèl·lules de silici monocristal·lí és del 25,0%, la de les cèl·lules de silici policristalí és del 20,4%, la de les cèl·lules de pel·lícula prima CIGS és del 19,6% i la de Les cèl·lules de pel·lícula prima CdTe són del 16,7%. L'eficiència de les cèl·lules de pel·lícula fina de silici amorf (silici amorf) és del 10,1%

 

La cèl·lula solar és una mena d'element fotoelèctric que pot convertir energia i la seva estructura bàsica està feta de semiconductors de tipus P i N. El material més bàsic del semiconductor és el "silici", que no és conductor, però si el semiconductor es barreja amb diferents impureses, es pot convertir en semiconductors de tipus P i de tipus N, i llavors els semiconductors de tipus P tenen un forat (els semiconductors de tipus P no tenen un electró carregat negativament, que es pot veure com més que una càrrega positiva).

 

Hi ha una diferència de potencial d'electrons lliures amb el semiconductor de tipus N per generar corrent, de manera que quan brilla el sol, l'energia de la llum excitarà els electrons de l'àtom de silici i es generarà la convecció d'electrons i forats, i aquests electrons i Els forats es veuran afectats pel potencial incorporat, atrets respectivament pel semiconductor de tipus N i tipus P, i reunits als dos extrems. En aquest moment, si els elèctrodes externs estan connectats per formar un bucle, aquest és el principi de generació d'energia de cèl·lules solars.

 

En poques paraules, el principi de la generació d'energia solar fotovoltaica és l'ús de cèl·lules solars per absorbir 0,4μm ~ 1,1μm de longitud d'ona (per a cristalls de silici) de la llum solar, la llum convertida directament en una sortida d'energia elèctrica una forma de generació d'energia. .

 

Informació ampliada:

 

Les característiques bàsiques de les cèl·lules solars són la polaritat de les cèl·lules solars, els paràmetres de rendiment de les cèl·lules solars i les característiques de voltametria de les bateries de protecció ambiental elèctrica solar. L'explicació específica és la següent

 

1, la polaritat de les cèl·lules solars

Les cèl·lules solars de silici generalment estan fetes d'estructura de tipus P+/N o estructura de tipus N+/P, P+ i N+, que indica el tipus conductor de material semiconductor a la capa de llum frontal de la cèl·lula solar; N i P representen el tipus conductor del material semiconductor a la part posterior de la cèl·lula solar. Les propietats elèctriques d'una cèl·lula solar estan relacionades amb les propietats del material semiconductor utilitzat per fabricar la cèl·lula.

 

2. Paràmetres de rendiment de les cèl·lules solars

Els paràmetres de rendiment de la cèl·lula solar es componen de voltatge de circuit obert, corrent de curtcircuit, potència de sortida màxima, factor d'ompliment i eficiència de conversió. Aquests paràmetres són un senyal per mesurar el rendiment de les cèl·lules solars.

 

3 característiques de voltametria de les cèl·lules solars

La cèl·lula solar d'unió PN consta d'una unió PN poc profunda formada a la superfície, un contacte òhmic frontal en forma de tira i un dit, un contacte òhmic posterior que cobreix tota la superfície posterior i una capa antireflectant a la part frontal.

 

Quan la bateria està exposada a l'espectre solar, els fotons amb energies inferiors a l'amplada de banda buida, per exemple, no contribueixen a la sortida de la bateria. Els fotons amb energies superiors a la banda intercalada (Eg) aporten energia (Eg) a la sortida de la bateria, i les energies inferiors a (Eg) es consumeixen com a calor. Per tant, en el procés de disseny i fabricació de cèl·lules solars, cal tenir en compte l'impacte d'aquesta part de la calor en l'estabilitat i la vida útil de la bateria.