太陽能如何工作？

這就是太陽能運作的方式。 讓我們從單一太陽能電池的中心開始。 光的微粒，我們稱之為光子， 進入太陽能電池並被可用的電子吸收。 將電子激發至更高的能級。 激發的電子從電池中流出，並通過外部電路傳導。 在這過程中，它們將所獲得的新能量轉換為做功。 消耗完的電子會回到電池中，準備吸收更多的光子。 額外電子的供應， 以及將太陽能電池轉化為某種電子泵或馬達的力， 來自於將兩種特殊類型的矽材料結合在一起 產生一次他們相遇時的反應。 這稱為 p-n 接面。 製造一個p-n接面。 一個矽原子在不同能量層或電子殼層中共有14個電子。 具有4個位於最外層殼層的電子。 外殼層中的電子用於與其他原子形成化學鍵。 穩定的原子通常傾向於在外層擁有八個電子。 因此，矽原子在成鍵時會共享電子以達到該數目。 我們需要額外的電子來做功。 有可能向矽中添加少量雜質。 改變其分子結構。 這稱為服藥作弊。 N型矽，N代表負極，摻雜了磷。 磷在最外層有5個電子， 其中4個用來與鄰近的矽原子鍵結， 留下一個多餘的自由電子。 P型矽，P代表正電 摻雜了硼，硼的最外層有三個電子， 在與矽結合時，留下額外的開放空間或孔洞。 當一個電子離開一個空位時， 其他電子會自然地按順序填入。 就我們的目的而言，跟蹤移動中的空位或洞會比較方便。 在標準原子模型中， 電子被表示為帶有負電荷。 為了方便我們的模型， 我們可以將空穴視為具有正電荷。 並追蹤該空隙在細胞內移動的過程。 空間電荷區形成於P型與N型矽接合處。 當這些摻雜矽材質層疊時， 不相等的電子與可用的空間，或稱為電洞 自然會試圖在接合處重新組合。 試圖達到平衡。 然而，正因為摻雜矽會造成這種刻意的電子不平衡， 並不代表所有的原子可以輕易地跨越間隙融合在一起。 自然力量使原子的其餘結構保持嚴格固定且完整。 原子通常具有相同數量的繞行電子 如同原子核中的質子和中子一樣。 摻雜矽也是如此。 P型矽多了一個電子，但也多了一個質子。 電子自然比質子容易移動得多。 當這些電子挣脫並試圖達到平衡時， 不平衡產生了特殊的帶電原子 帶有不等數量電子與質子的粒子，稱為離子。 再次強調，儘管這些原子現在處於離子狀態， 它們被固定在矽結構中，不會移動。 這些相互對立的正電荷和負電荷離子 最終阻止電子和電洞的進一步擴散， 使空間電荷區具有精確設計的寬度、強度等特性。 空間電荷區內存在電場。 激發的電子被吸引並朝正方向掃過 以及負向的孔洞。 因此，電子無法反向移動 並必須經過外部電路，才能與空穴複合。 而不是僅僅在單元格內這樣做 並將其新獲得的光子能量以熱能形式浪費掉。 支援結構 讓我們來看看太陽能電池中支援核心過程的其他部分。 抗反射材料 單獨拋光的矽會因反射而浪費大量光線， 因此，會添加抗反射塗層，或提升效率。 有許多種抗反射材料。 在此範例中，一個微觀倒置金字塔的陣列 以多個不同角度引導並捕捉光線， 使其有最大機會進入細胞並在內部停留更長時間。 光子可以在細胞的任何位置被吸收。 例如，短波長、高能量的藍光 容易在表面附近被吸收。 當波長較長、能量較低的紅光時 可能需要在細胞內停留更長的時間或更深的滲透才能被吸收。 正面接觸 金屬手指以印刷方式塗佈並黏合於電池上方。 它們的設計旨在實現最佳的電荷收集，同時盡可能減少遮蔽。 鈍化層 後表面的特殊塗層有助於防止電子與空穴過早複合， 並給予光線另一次機會，使其在細胞內反射並被吸收。 鋁合金後接觸面 後方的鋁層完成了電路。 電氣接點突出於鈍化層。 封裝材料 封裝材料是一種黏合劑，可密封於太陽能電池周圍， 保護它們不受有害外來因素的影響，並牢牢固定在原位。 一種常見的封裝材料，稱為EVA，即醋酸乙烯酯。 在高溫和紫外線照射下仍具穩定性，且具透明性。 玻璃頂層 一層厚實的低鐵玻璃可保護電池免受外部環境影響。 同時提供結構強度，並允許最大量的光線通過。 低鐵含量會減少賦予普通玻璃淡綠藍色調的反射雜質。 背面板 聚氟乙烯薄膜，或稱TEDLAR，可形成一層薄而幾乎無法穿透的保護性背層。 為防止在安裝及日常使用過程中對內部敏感部件造成損壞。