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光伏电池的原理是什么？
更新时间 2022-01-20 09:45
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随着国家“碳达峰，碳中和”双碳政策的出台，新能源的热度在原有的基础上更上一层楼，越来越多的企业开始入局新能源赛道。在新能源赛道中，光伏领域可以说是最热门的一个领域之一，现有科技基础上，光伏和风能是公认最清洁环保的新能源。
而在光伏领域中，光伏电池、储能电池、逆变器都是光伏产业最核心的组件，它们相辅相成，缺一不可。今天小编就来带大家了解一下光伏电池的工作原理。
光伏电池的工作原理
光伏电池的工作原理是利用半导体材料的PN结的光生电的效应，在太阳光的照射下，一些特定的半导体内会产生自由电荷，这些自由电荷定向移动和积累并产生一定的电势，可以向外电路提供电流，这种现象被称为光生伏特效应或光伏效应。
首先，我们需要了解一点比较基础的物理知识，当一个原子的最外围有8个电子的时候，原子会趋于一个稳定的状态，而原子本身会自发趋向于达到一个稳定的状态，所以会与相邻的原子进行一定程度上的结合。
正常的情况下硅原子只携带有4个电子，但是硅原子在共享了周边的电子之后，就形成了每个原子周围8个电子的稳固分子状态，这些相邻的电子就像结合在一起一样，无法自由移动。
此时，如果有5个电子的磷原子被注入到硅片中，5个电子的磷原子和4个电子的硅原子结合，就会产生一个多余的自由电子，这种掺杂就形成了电池片的N型区，N型区的自由电子往往更容易移动，。
与N型掺杂类似，如果在硅片中注入3个电子的硼原子，3个电子的硼原子与4个电子的硅原子结合，就会形成缺少一个电子的空穴区，这种空穴区称之为P型区，与N型区相反，空穴区倾向于吸附一个自由电子。
当光线照射的时候，由N型区产生的自由电子更容易吸附光子的能量，吸收了能量的电子会自由移动，而自由移动的电子更容易被P型区的空穴吸附，这样在宏观上就产生了单向流动的电子流，也就是产生了电流。
所以在光线照射的情况下，N型区会带正电荷，P型区会带负电荷，两边会形成电位差，也就是电压，当两端连接了负载的时候，光伏电池就会像普通的电池一样产生电流，用以驱动负载工作。
光伏电池的制作材料
在了解了原理之后，就要通过具体的结构和材料把原理实现出来，这才是最困难的部分，无论是硅晶片的纯度，还是掺杂的工艺，都会影响到光伏电池的最终效果。
要制作光伏电池，我们就需要地球上第二丰富的硅元素的帮助，在普通的沙子中就可以找到这种常见的元素，但是沙子中的硅元素必须转化为99.99999%的纯硅晶体，才能够被用于太阳能电池。
要做到这一点，沙子就必须经过一个复杂的净化过程。未加工的硅转化为气态硅化合物的形式，再将其与氢混合，得到高度纯化的多晶硅。这些硅材料被融化铸锭后，再切割成180微米的薄片，就形成了我们常见的硅片。
再按照实际的需求，在硅片中按照特定的工艺掺入一定的杂质，最终成为一块小的光伏电池，而一块普通的小光伏电池只能够产生0.5V左右的电压。
这种情况就需要让许多光伏电池串联起来，才能够成为一块电压符合要求的光伏电池组，在通过许多光伏电池组的并联，使得输出电流最终也能够符合要求，最终输出的电能被储能电池所存储，并用作其他用途。
光伏逆变器的作用
讲完以上两部分，其实光伏电池本身如何制作以及如何生产电能的问题就讲得很清楚了，这时候就有小伙伴要问了，既然生产过程既然结束了，那逆变器又有什么用呢？
通过以上原理，其实不难理解到光伏电池产生的是直流电，但我们的市电供应的是交流电，并且日常的家用电器也是使用交流电的。
而光伏逆变器的工作，就是把光伏电池产生的电能，转化为能够满足日常家用电器并且能够输送到电网的交流电，也就是起一个连接桥梁的作用。
如果缺少逆变器，光伏电池产生的电能就不能作为能源，也不能够被我们使用，也就失去了其应有的意义，所以逆变器也是光伏产业中非常重要的一环。
对于光伏逆变器来说，光电耦合器是必不可少的组件，能够对电信号起到非常好的隔离作用。在光伏逆变器中，超毅电子推荐使用EL840A、EL440A、6N137、EL260L。
EL840A和EL440A属于固态继电器光耦。它们在发光侧（输入侧）包含一个AlGaAs红外LED，该LED与高压输出检测器电路光学耦合。探测器由光伏二极管阵列和输出侧的MOSFET组成，双通道配置相当于一个EMR。它们采用8针DIP直插封装，表面贴片封装SMD可选。它们除了应用于光伏逆变器外，还可应用于高速检验机、电话设备、计算机等设备。
6N137、EL260L属于高速光耦。它们由一个红外发光二极管组成，该二极管通过可选通输出与高速集成光电探测器逻辑门进行光学耦合，它封装在8针DIP直插和SMD贴片封装中。它们除了应用于光伏逆变器外，还可应用于接地回路消除、LSTL至TTL、LSTL或5伏CMOS、线路接收器，数据传输等。
超毅电子是亿光21年授权合作代理商，拥有丰富的元器件销售经验，可以为客户推荐符合要求的高质量电子元器件，欢迎各大应用厂商前来咨询。
而在光伏领域中，光伏电池、储能电池、逆变器都是光伏产业最核心的组件，它们相辅相成，缺一不可。今天小编就来带大家了解一下光伏电池的工作原理。
光伏电池的工作原理
光伏电池的工作原理是利用半导体材料的PN结的光生电的效应，在太阳光的照射下，一些特定的半导体内会产生自由电荷，这些自由电荷定向移动和积累并产生一定的电势，可以向外电路提供电流，这种现象被称为光生伏特效应或光伏效应。
首先，我们需要了解一点比较基础的物理知识，当一个原子的最外围有8个电子的时候，原子会趋于一个稳定的状态，而原子本身会自发趋向于达到一个稳定的状态，所以会与相邻的原子进行一定程度上的结合。
正常的情况下硅原子只携带有4个电子，但是硅原子在共享了周边的电子之后，就形成了每个原子周围8个电子的稳固分子状态，这些相邻的电子就像结合在一起一样，无法自由移动。
此时，如果有5个电子的磷原子被注入到硅片中，5个电子的磷原子和4个电子的硅原子结合，就会产生一个多余的自由电子，这种掺杂就形成了电池片的N型区，N型区的自由电子往往更容易移动，。
与N型掺杂类似，如果在硅片中注入3个电子的硼原子，3个电子的硼原子与4个电子的硅原子结合，就会形成缺少一个电子的空穴区，这种空穴区称之为P型区，与N型区相反，空穴区倾向于吸附一个自由电子。
当光线照射的时候，由N型区产生的自由电子更容易吸附光子的能量，吸收了能量的电子会自由移动，而自由移动的电子更容易被P型区的空穴吸附，这样在宏观上就产生了单向流动的电子流，也就是产生了电流。
所以在光线照射的情况下，N型区会带正电荷，P型区会带负电荷，两边会形成电位差，也就是电压，当两端连接了负载的时候，光伏电池就会像普通的电池一样产生电流，用以驱动负载工作。
光伏电池的制作材料
在了解了原理之后，就要通过具体的结构和材料把原理实现出来，这才是最困难的部分，无论是硅晶片的纯度，还是掺杂的工艺，都会影响到光伏电池的最终效果。
要制作光伏电池，我们就需要地球上第二丰富的硅元素的帮助，在普通的沙子中就可以找到这种常见的元素，但是沙子中的硅元素必须转化为99.99999%的纯硅晶体，才能够被用于太阳能电池。
要做到这一点，沙子就必须经过一个复杂的净化过程。未加工的硅转化为气态硅化合物的形式，再将其与氢混合，得到高度纯化的多晶硅。这些硅材料被融化铸锭后，再切割成180微米的薄片，就形成了我们常见的硅片。
再按照实际的需求，在硅片中按照特定的工艺掺入一定的杂质，最终成为一块小的光伏电池，而一块普通的小光伏电池只能够产生0.5V左右的电压。
这种情况就需要让许多光伏电池串联起来，才能够成为一块电压符合要求的光伏电池组，在通过许多光伏电池组的并联，使得输出电流最终也能够符合要求，最终输出的电能被储能电池所存储，并用作其他用途。
光伏逆变器的作用
讲完以上两部分，其实光伏电池本身如何制作以及如何生产电能的问题就讲得很清楚了，这时候就有小伙伴要问了，既然生产过程既然结束了，那逆变器又有什么用呢？
通过以上原理，其实不难理解到光伏电池产生的是直流电，但我们的市电供应的是交流电，并且日常的家用电器也是使用交流电的。
而光伏逆变器的工作，就是把光伏电池产生的电能，转化为能够满足日常家用电器并且能够输送到电网的交流电，也就是起一个连接桥梁的作用。
如果缺少逆变器，光伏电池产生的电能就不能作为能源，也不能够被我们使用，也就失去了其应有的意义，所以逆变器也是光伏产业中非常重要的一环。
对于光伏逆变器来说，光电耦合器是必不可少的组件，能够对电信号起到非常好的隔离作用。在光伏逆变器中，超毅电子推荐使用EL840A、EL440A、6N137、EL260L。
EL840A和EL440A属于固态继电器光耦。它们在发光侧（输入侧）包含一个AlGaAs红外LED，该LED与高压输出检测器电路光学耦合。探测器由光伏二极管阵列和输出侧的MOSFET组成，双通道配置相当于一个EMR。它们采用8针DIP直插封装，表面贴片封装SMD可选。它们除了应用于光伏逆变器外，还可应用于高速检验机、电话设备、计算机等设备。
6N137、EL260L属于高速光耦。它们由一个红外发光二极管组成，该二极管通过可选通输出与高速集成光电探测器逻辑门进行光学耦合，它封装在8针DIP直插和SMD贴片封装中。它们除了应用于光伏逆变器外，还可应用于接地回路消除、LSTL至TTL、LSTL或5伏CMOS、线路接收器，数据传输等。
超毅电子是亿光21年授权合作代理商，拥有丰富的元器件销售经验，可以为客户推荐符合要求的高质量电子元器件，欢迎各大应用厂商前来咨询。
