什么是太阳能光伏系统？

当纯硅处于 0 K 温度时（0 开尔文是 – 273°C），由于原子之间的共价键并且没有自由电子，外层电子壳中的所有位置都被占据。 因此价带是完全满的，导带是完全空的。 尽管价电子具有最高的能量，但它们从原子中移除所需的能量（电离能）最少。 这可以用铅原子的例子来说明。 这里第一电子去除的（气态原子的）电离能是716 kJ/mol，第二电子所需的电离能是1450 kJ/mol。 Si 的等效值为 786 和 1577 kJ/mol。

每个移动到导带的电子都会在价键中留下一个空位（称为空穴） 。 这个过程称为电子-空穴对的产生。 硅晶体中的空穴可以像自由电子一样在晶体周围移动。 空穴移动的方式如下：来自空穴附近键的电子很容易跳入空穴，留下不完整的键，即新的空穴。 这种情况发生得很快，而且经常发生——来自附近键的电子与空穴一起改变位置，在整个固体中随机且不规则地发送空穴；材料的温度越高，电子和空穴越激动，它们移动得越多。

光产生电子和空穴是整个光伏效应的核心过程，但它本身并不产生电流。如果太阳能电池中没有其他机制，光产生的电子和空穴会在晶体周围随机游荡一段时间，然后在返回价位时因热而失去能量。为了利用电子和空穴产生电力和电流，需要另一种机制——内置的“势垒”。* 光伏电池具有夹在一起并连接到金属线的两片薄硅片。

在硅锭的制造过程中，硅在切片和运输之前被预掺杂。 掺杂只不过是在晶体硅晶片中添加杂质以使其具有导电性。 硅在外壳中有 4 个电子。这些正（p型）掺杂材料总是硼，它有3个电子（三价）被称为正载流子 （受体） 掺杂剂。 负（n 型）掺杂剂是磷，它有 5 个电子（五价）被称为负载流子（施主）掺杂剂

光伏电池包含阻挡层，该阻挡层由在分界线的任一侧彼此面对的相反电荷建立。 这种势垒选择性地分离光产生的电子和空穴，将更多的电子发送到电池的一侧，并将更多的空穴发送到另一侧。 如此分离，电子和空穴不太可能重新结合并失去电能。 这种电荷分离在电池两端之间建立了电压差，可用于驱动外部电路中的电流。

当光伏电池暴露在阳光下时，称为光子的光能束可以通过 PN 结处建立的电场将底部 P 层中的一些电子从其轨道中击出并进入 N 层。 具有过剩电子的 N 层会产生过剩电子流，从而产生电力将额外的电子推开。 反过来，这些多余的电子被推入金属线回到底部 P 层，它已经失去了一些电子。 因此，电流将继续流动，直到太阳光线入射到面板上。

太阳能光伏系统只能稍微节能

今天的太阳能光伏系统电池只能将大约 10% 到 14% 的辐射能转化为电能。 另一方面，化石燃料工厂将其燃料化学能的 30-40% 转化为电能。电化学电源的转换效率要高得多，高达 90% 到 95 %。