硅光電池的結(jié)構(gòu)及工作原理

硅光電池是一種能將光能直接轉(zhuǎn)換成電能的半導(dǎo)體器件,其結(jié)構(gòu)圖所示.它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)大面積的半導(dǎo)體pN結(jié).硅光電池的基體材料為一薄片p型單晶硅,其厚度在0.44mm以下,在它的表面上利用熱擴(kuò)散法生成一層N型受光層,基體和受光層的交接處形成pN結(jié).在N型層受光層上制作有柵狀負(fù)電極,另外在受光面上還均勻覆蓋有抗反射膜,它是一層很薄的天藍(lán)色一氧化硅膜,可以使電池對有效入射光的吸收率達(dá)到90%以上,并使硅光電池的短路電流增加25%-30%.

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以硅材料為基體的硅光電池,可以使用單晶硅、多晶硅、非晶硅來制造.單晶硅光電池是目前應(yīng)用最廣的一種,它有2CR和2DR兩種類型,其中2CR型硅光電池采用N型單晶硅制造,2DR型硅光電池則采用p型單晶硅制造.

硅光電池的工作原理是光生伏特效應(yīng).當(dāng)光照射在硅光電池的pN結(jié)區(qū)時(shí),會在半導(dǎo)體中激發(fā)出光生電子空穴對.pN結(jié)兩邊的光生電子空穴對,在內(nèi)電場的作用下,屬于多數(shù)載流子的不能穿越阻擋層,而少數(shù)載流子卻能穿越阻擋層.結(jié)果,p區(qū)的光生電子進(jìn)入N區(qū),N區(qū)的光生空穴進(jìn)入p區(qū),使每個(gè)區(qū)中的光生電子一空穴對分割開來.光生電子在N區(qū)的集結(jié)使N區(qū)帶負(fù)電,光生電子在p區(qū)的集結(jié)使p區(qū)帶正電.p區(qū)和N區(qū)之間產(chǎn)生光生電動勢.當(dāng)硅光電池接入負(fù)載后,光電流從p區(qū)經(jīng)負(fù)載流至N區(qū),負(fù)載中即得到功率輸出.