Quel est le principe de la production d'énergie par cellule solaire ?

Now, more and more solar cells appear in people's field of vision. As long as there is sunlight, it can generate current, which is not too convenient. What is its principle? Today, I will briefly and slightly in-depth talk about the power generation principle of the most common crystalline silicon solar cells.

First of all, we have to introduce the raw material of crystalline silicon solar cells: silicon.These black and somewhat metallic things are polysilicon initially prepared by some chemical methods. Silicon is a semiconducting material, which means its conductivity is between that of a conductor and an insulator. Unlike metals, silicon's carriers have something called holes in addition to electrons.

Qu'est-ce qu'un trou ?

Il y a quatre électrons dans la couche la plus externe de l'atome de silicium. Si certains électrons obtiennent une certaine quantité d'énergie du monde extérieur, ils se libéreront et deviendront des électrons libres, et la position d'origine des électrons deviendra une vacance, et cette vacance est un trou. Nous savons tous que les électrons sont chargés négativement, donc les trous sont équivalents à un porteur chargé positivement.

Eh bien, sachant cela, la prochaine chose dont nous voulons parler est le silicium de type P-et le silicium de type N-. C'est très simple, le silicium de type P- signifie que les trous sont les porteurs majoritaires, et le silicium de type N- signifie que les électrons sont les porteurs majoritaires. Quoi? Vous dites que le nombre d'électrons et de trous devrait être le même ? Hmm Si la pureté du silicium est de 100 %, bien sûr, leur nombre est le même, mais que se passe-t-il si nous remplaçons une partie du silicium dans l'élément de silicium par un élément à cinq électrons dans la couche la plus externe de l'atome ? Et si vous le remplaciez par un élément avec seulement trois électrons dans la couche la plus externe ?

Les deux éléments les plus dopés au silicium sont le phosphore (plus 5 de valence) et le bore (plus 3 de valence).

Ensuite, il y a ce qu'on appelle une jonction PN, qui n'est pas simplement un morceau de silicium de type P- et un morceau de silicium de type N-. Généralement, une surface d'un morceau de silicium de type P- est dopée avec du phosphore pour former une couche de silicium de type N-, et vice versa, de sorte qu'une jonction PN se forme dans la zone où le Le silicium de type P-et l'interface de silicium de type N-.

La formation de la jonction PN est très simple. Puisqu'il existe de nombreux trous libres dans le silicium de type P- et qu'il existe de nombreux électrons libres dans le silicium de type N-, en raison de la différence de concentration, les trous dans le silicium de type P- diffusera dans le silicium de type N-, tandis que le silicium de type N- a plus d'électrons libres. Les électrons du silicium diffusent également dans le silicium de type P-. De cette façon, un champ électrique sera formé dans la zone où le silicium de type P et N- se rencontrent. Nous appelons cela un-champ électrique intégré. Au fur et à mesure que la diffusion progresse, l'intensité du champ électrique deviendra de plus en plus grande et le champ électrique poussera les trous vers le silicium de type P-. poussée directionnelle. Enfin, la force du champ électrique et la différence de concentration forment un équilibre, obtenant ainsi une jonction PN stable.

Maintenant pour la partie finale. Comment la jonction PN génère-t-elle de l'électricité ? En tant que semi-conducteur, le silicium possède une autre propriété importante. Autrement dit, lorsqu'il y a de la lumière, les électrons de la couche externe de silicium obtiendront de l'énergie de la lumière pour devenir des électrons libres et laisseront un trou dans la position d'origine pour former une paire électron-trou. Si ce groupe de paires d'électrons-trous est généré dans la région où le champ électrique est construit dans la jonction PN, sous l'action de la force du champ électrique, les trous se déplaceront vers la région P et les électrons passer à la région N. De cette façon, une différence de potentiel sera générée à travers la jonction PN. Si nous connectons les deux extrémités de la jonction PN à l'électrode puis l'allumons, un courant sera généré.

Ce qui précède est le principe de production d'énergie des cellules solaires. Le principe est assez simple, mais dans le processus de production, afin d'améliorer l'efficacité de la batterie, de nombreux autres processus doivent être améliorés.