太陽能是人類取之不盡用之不竭的能源，同時也是清潔能源，其本身不會產(chǎn)生任何環(huán)境污染。在太陽能的有效利用當中，大陽能光電轉換利用是近些年來發(fā)展最快、最具活力的研究領域，是太陽能技術應用領域中最受矚目的項目之一。

　　制作太陽能電池主要是以半導體材料為基礎，其工作原理是利用光電材料受光能照射后發(fā)生光電反應而實現(xiàn)能量轉換。根據(jù)所用材料的不同，太陽能電池可分為：硅基太陽能電池、薄膜太陽能電池、生物太陽能電池等等，這里主要講的硅基太陽能電池。

　　硅太陽能電池

　　1．硅太陽能電池工作原理與結構

　　太陽能電池發(fā)電的原理主要是半導體的光電效應，一般的半導體主要結構如下：

　　圖中，正電荷表示硅原子，負電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個電子。

　　當硅晶體中摻入其他的雜質(zhì)，如硼、磷等，當摻入硼時，硅晶體中就會存在著一個空穴，它的形成可以參照下圖：

　　圖中，正電荷表示硅原子，負電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個電子。而黃色的表示摻入的硼原子，因為硼原子周圍只有3個電子，所以就會產(chǎn)生入圖所示的藍色的空穴，這個空穴因為沒有電子而變得很不穩(wěn)定，容易吸收電子而中和，形成P（positive）型半導體。

　　同樣，摻入磷原子以后，因為磷原子有五個電子，所以就會有一個電子變得非常活躍，形成N（negative）型半導體。黃色的為磷原子核，紅色的為多余的電子。如下圖。

　　P型半導體中含有較多的空穴，而N型半導體中含有較多的電子，這樣，當P型和N型半導體結合在一起時，就會在接觸面形成電勢差，這就是PN結。

　　當P型和N型半導體結合在一起時，在兩種半導體的交界面區(qū)域里會形成一個特殊的薄層)，界面的P型一側帶負電，N型一側帶正電。這是由于P型半導體多空穴，N型半導體多自由電子，出現(xiàn)了濃度差。N區(qū)的電子會擴散到P區(qū)，P區(qū)的空穴會擴散到N區(qū)，一旦擴散就形成了一個由N指向P的“內(nèi)電場”，從而阻止擴散進行。達到平衡后，就形成了這樣一個特殊的薄層形成電勢差，這就是PN結。
  
　　當晶片受光后，PN結中，N型半導體的空穴往P型區(qū)移動，而P型區(qū)中的電子往N型區(qū)移動，從而形成從N型區(qū)到P型區(qū)的電流。然后在PN結中形成電勢差，這就形成了電源。(如下圖所示）

　　由于半導體不是電的良導體，電子在通過p－n結后如果在半導體中流動，電阻非常大，損耗也就非常大。但如果在上層全部涂上金屬，陽光就不能通過，電流就不能產(chǎn)生，因此一般用金屬網(wǎng)格覆蓋p－n結（如圖 梳狀電極），以增加入射光的面積。

　　另外硅表面非常光亮，會反射掉大量的太陽光，不能被電池利用。為此，科學家們給它涂上了一層反射系數(shù)非常小的保護膜（如圖），實際工業(yè)生產(chǎn)基本都是用化學氣相沉積沉積一層氮化硅膜，厚度在1000埃左右。將反射損失減小到5％甚至更小。一個電池所能提供的電流和電壓畢竟有限，于是人們又將很多電池（通常是36個）并聯(lián)或串聯(lián)起來使用，形成太陽能光電板。

　　2．硅太陽能電池的生產(chǎn)流程

　　通常的晶體硅太陽能電池是在厚度350～450μm的高質(zhì)量硅片上制成的，這種硅片從提拉或澆鑄的硅錠上鋸割而成。

　　上述方法實際消耗的硅材料更多。為了節(jié)省材料，目前制備多晶硅薄膜電池多采用化學氣相沉積法，包括低壓化學氣相沉積（LPCVD）和等離子增強化學氣相沉積（PECVD）工藝。此外，液相外延法（LPPE）和濺射沉積法也可用來制備多晶硅薄膜電池。

　　化學氣相沉積主要是以SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或SiH4,為反應氣體,在一定的保護氣氛下反應生成硅原子并沉積在加熱的襯底上，襯底材料一般選用Si、SiO2、Si3N4等。但研究發(fā)現(xiàn)，在非硅襯底上很難形成較大的晶粒，并且容易在晶粒間形成空隙。解決這一問題辦法是先用 LPCVD在 襯底上沉積一層較薄的非晶硅層，再將這層非晶硅層退火，得到較大的晶粒，然后再在這層籽晶上沉積厚的多晶硅薄膜，因此，再結晶技術無疑是很重要的一個環(huán) 節(jié)，目前采用的技術主要有固相結晶法和中區(qū)熔再結晶法。多晶硅薄膜電池除采用了再結晶工藝外，另外采用了幾乎所有制備單晶硅太陽能電池的技術，這樣制得的 太陽能電池轉換效率明顯提高。
 
 

　　太陽能電池發(fā)電的原理
 
　　太陽能電池發(fā)電的原理主要是半導體的光電效應。能產(chǎn)生光電效應的材料有許多種，如：單晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發(fā)電原理基本相同。現(xiàn)以硅為例說明。
 
　　帶正電荷硅原子旁邊圍繞著四個帶負電荷的電子。可以通過向硅晶體中摻入其他的雜質(zhì)，如硼、磷等來改變其特性。當摻入硼時，因為硼原子周圍只有3個電子，所以硅晶體中就會存在著一個空穴，這個空穴因為沒有電子而變得很不穩(wěn)定，容易吸收電子而中和，形成N型半導體。當摻入磷原子時，因為磷原子有五個電子，所以就會有一個電子變得非常活躍，形成P型半導體。N型半導體中含有較多的空穴，而P型半導體中含有較多的電子，這樣，當P型和N型半導體結合在一起時，就會在接觸面形成電勢差，這就是PN結。當光線照射太陽能電池表面時，PN結中的N型半導體的空穴往P型區(qū)移動，而P型區(qū)中的電子往N型區(qū)移動，從而在PN結兩側集聚形成電位差。當外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個過程就是光子能量轉換成電能的過程。

　　其他相關知識：

　　1.塞貝克效應：德國物理學家塞貝克發(fā)現(xiàn)，兩種不同導體所組成的回路中，當兩接點處于不同溫度時，就產(chǎn)生電動勢，因而也就產(chǎn)生電流。

　　2.隧道效應原理：在兩層金屬導體之間夾一薄絕緣層，就構成一個電子的隧道結。實驗發(fā)現(xiàn)電子可以通過隧道結，即電子可以穿過絕緣層，這便是隧道效應