Qual é o princípio da geração de energia de células solares?

Agora, mais e mais células solares aparecem no campo de visão das pessoas. Enquanto houver luz solar, pode gerar corrente, o que não é muito conveniente. Qual é o seu princípio? Hoje, falarei brevemente e ligeiramente em profundidade sobre o princípio da geração de energia das células solares de silício cristalinas mais comuns.

Em primeiro lugar, temos que introduzir a matéria-prima das células solares de silício cristalinas: o silício. Estas coisas pretas e um pouco metálicas são polissilício inicialmente preparados por alguns métodos químicos. O silício é um material semicondutor, o que significa que sua condutividade está entre o de um condutor e um isolador. Ao contrário dos metais, os portadores de silício têm algo chamado buracos, além de elétrons.

O que é um buraco?

Há quatro elétrons na camada mais externa do átomo de silício. Se alguns elétrons conseguirem uma certa quantidade de energia do mundo exterior, eles se libertarão e se tornarão elétrons livres, e a posição original dos elétrons se tornará uma vaga, e esta vaga é um buraco. Todos sabemos que os elétrons são carregados negativamente, então os buracos são equivalentes a um portador carregado positivamente.

Bem, sabendo disso, a próxima coisa que queremos falar é de silício tipo P e silício tipo N. Isso é muito simples, o silício tipo P significa que os buracos são os portadores majoritários, e o silício do tipo N significa que os elétrons são os portadores majoritários. Que? Você diz que o número de elétrons e buracos deve ser o mesmo? Hmm~ Se a pureza do silício é de 100%, é claro que o número deles é o mesmo, mas e se substituirmos parte do silício no elemento de silício por um elemento com cinco elétrons na camada mais externa do átomo? E se você substituí-lo por um elemento com apenas três elétrons na camada mais externa?

Os dois elementos mais dopados em silício são fósforo (+5 valência) e boro (+3 valência).

Então, há algo chamado junção PN, que não é simplesmente um pedaço de silício tipo P e um pedaço de silício tipo N. Geralmente, uma superfície de um pedaço de silício tipo P é dopada com fósforo para formar uma camada de silício tipo N, e vice-versa, de modo que uma junção PN é formada na área onde o silício tipo P e a interface de silício do tipo N.

A formação da junção PN é muito simples. Como existem muitos buracos livres no silício tipo P, e há muitos elétrons livres no silício do tipo N, devido à diferença de concentração, os buracos no silício do tipo P se difundirão no silício do tipo N, enquanto o silício do tipo N tem mais elétrons livres. Elétrons em silício também se difundem em silício tipo P. Desta forma, um campo elétrico será formado na área onde o silício do tipo P e N se encontra. Chamamos de campo elétrico embutido. À medida que a difusão progride, a força do campo elétrico se tornará maior e maior, e o campo elétrico empurrará os orifícios para o silício tipo P. direção empurrar. Por fim, a força do campo elétrico e a diferença de concentração formam um equilíbrio, obtendo assim uma junção PN estável.

Agora, a parte final. Como a junção PN gera eletricidade? Como semicondutor, o silício tem outra propriedade importante. Ou seja, quando há luz, os elétrons na camada externa do silício obterão energia da luz para se tornarem elétrons livres e deixarão um buraco na posição original para formar um par de elétrons-buraco. Se este grupo de pares de elétrons-buracos for gerado na região onde o campo elétrico é construído na junção PN, sob a ação da força do campo elétrico, os buracos se moverão para a região P, e os elétrons se moverão para a região N. Desta forma, uma diferença potencial será gerada através da junção PN. Se conectarmos as duas extremidades da junção PN ao eletrodo e depois ligá-lo, uma corrente será gerada.

O acima é o princípio de geração de energia das células solares. O princípio é bastante simples, mas no processo de produção, para melhorar a eficiência da bateria, existem muitos outros processos que precisam ser melhorados.