太阳能电池是如何进行发电的？原理是什么？

太阳能电池又称为“太阳能芯片”或“光电池”，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。它只要被满足一定照度条件的光照到，瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生电流。在物理学上称为太阳能光伏(Photovoltaic，缩写为PV)，简称光伏。太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。以光电效应工作的晶硅太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的薄膜电池实施太阳能电池则还处于萌芽阶段。

太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应。所谓光生伏特效应，简单地说，就是当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。在气体、液体和固体中均可产生这种效应，但在固体尤其是在半导体中，光能转换为电能的效率特别高。因此半导体中的光电效应引起人们的格外关注，研究得最多，并发明制造出了半导体太阳能电池。并且当太阳光或其他光照射半导体的PN结时，就会在PN结的两边出现电压，叫做光生电压。

当P型和N型半导体聚集在一起时，在两个半导体的边界区域会形成一种特殊的薄膜。在界面的P型一侧出现负电压，在N型一侧出现正电压。这是由于P型半导体有许多空穴，N型半导体有许多自由电子，其浓度很低。N段电子在P段散射，P段空穴在N段散射。 在N段散射后，在P段产生一个 "内部电场"，防止散射。一旦达到平衡，就会形成一个特殊的膜，产生一个电位差，即p-n转换。到目前为止，大多数太阳能组件制造商通过扩散工艺在P型硅板上创建N型条带，P-N(或N+/P)过渡在两个区段的交叉点形成。太阳能电池板的主要结构是一个大型平面P型节点。

当一束光从太阳能电池板发射出来，光在边界层被吸收，足够能量的光子可以激发P-硅和N-硅共价键中的电子，形成电子-空穴对。靠近边界层的电子和空穴被空间电荷的电场相互分离，然后重新结合。电子进入正电压区N，空穴进入负电压区P。电荷在边界层上的分离在P和H区之间产生了一个可测试的电压。在这一点上，可以添加电极，并在硅片的两侧打开一个电压表。对于石英硅太阳能组件，开路电压通常为0.5-0.6V。边界层中由光产生的电子孔比电流更重要。边界层吸收的光能越多，边界层面积就越大，即太阳能得到的电池电流就越多。

太阳能电池种类

单晶硅太阳能电池这种电池是目前来说，技术最成熟的一种，而且效率也比较高，因此被广泛利用在各种发电厂中。但是硅引起的光电效应容易衰退，稳定性不是很好，因此未来发展的关键问题就是如何解决稳定性的问题。

单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，虽然其转换效率高，但是制作单晶硅太阳能电池需要大量的高纯度硅材料，且工艺复杂，电耗很大池工艺影响，且太阳能电池组件平面利用率低，致使单晶硅成本价格居高不下。要想大幅度降低其成本是非常困难的。

多晶体薄膜电池

多晶硅薄膜太阳电池是将多晶硅薄膜生长在低成本的衬底材料上，用相对薄的晶体硅层作为太阳电池的激活层，不仅保持了晶体硅太阳电池的高性能和稳定性，而且材料的用量大幅度下降，明显地降低了电池成本。多晶硅薄膜太阳电池的工作原理与其它太阳电池一样，是基于太阳光与半导体材料的作用而形成光伏效应。

有机聚合物电池

又叫非晶硅太阳能电池由透明氧化物薄膜(TCO)层、非晶硅薄膜P-I-N层(I层为本征吸收层)、背电极金属薄膜层组成，基底可以是铝合金、不锈钢、特种塑料等。它与单晶硅和多晶硅太阳能电池的制作方法完全不同，硅材料消耗很少，电耗更低。这种电池的材料造价较低，利用率高，节能环保，而且材料的获得比较方便，因此这种电池是未来太阳能电池发展的一个必然趋势。

多元化合物薄膜太阳能电池

多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，其主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜电池等。硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染。

因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代产品。砷化镓(GaAs)III-V化合物电池的转换效率可达28%，GaAs化合物材料具有十分理想的光学带隙以及较高的吸收效率，抗辐照能力强，对热不敏感，适合于制造高效单结电池。但是GaAs材料的价格不菲，因而在很大程度上限制了用GaAs电池的普及。