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光伏板中多晶硅和单晶硅光伏电池的区别___光伏电池的工作原理和材料

作者:佚名    文章来源:本站原创    点击数:    更新时间:2022-03-11
太阳能光伏电池(简称光伏电池),无论是光伏板的多晶硅还是单晶硅光伏电池,它们都是通过太阳光照射,直接转化为直流电能的。本身太阳能光伏电池不能存储电能,需要通过蓄电瓶来接受光伏电池板输出的电能,再使用逆变器逆变为50Hz频率的220V交流电,供家庭使用或者说多余的电能并入国家电网上卖钱。
由于两种太阳能电池材料的制造工艺不一样,多晶硅太阳能电池制造过程中消耗的能量要比单晶硅太阳能电池少30%左右。
 
从制作成本上来讲,多晶硅太阳能电池比单晶硅太阳能电池要便宜一些,材料制造更简便。例如100W的多晶硅光伏电池差不多要260元钱,而单晶硅光伏电池的同样100W,它的价格差不多要536元钱。
多晶硅光伏电池它节约电耗,总的生产成本较低,因此多晶太阳能电池板在如今得到大量发展,也是使用的最广泛的太阳能电池板。
从性价比上看,前面已经说过单晶太阳能板市场价格相对高一些,但多晶太阳能板的安装使用更加广泛。不过由于单晶电池不能铺满整块太阳能板,而多晶电池没有面积上的浪费,所以综合起来,两者的发电效率并没有太大的差别。
从外观上来看,单晶硅光伏电池的四角呈现圆弧状,并倒圆角,电池片正方形,颜色上为深蓝色,表面上没有花纹;而多晶硅光伏电池的也是正方形,但它的四角不是圆角是方角,颜色呈现天蓝色,表面上看它有类似冰花一样的花纹。
 
光伏电池的工作原理
光伏电池的工作原理是利用半导体材料的PN结的光生电的效应,在太阳光的照射下,一些特定的半导体内会产生自由电荷,这些自由电荷定向移动和积累并产生一定的电势,可以向外电路提供电流,这种现象被称为光生伏特效应或光伏效应。
首先,我们需要了解一点比较基础的物理知识,当一个原子的最外围有8个电子的时候,原子会趋于一个稳定的状态,而原子本身会自发趋向于达到一个稳定的状态,所以会与相邻的原子进行一定程度上的结合。
正常的情况下硅原子只携带有4个电子,但是硅原子在共享了周边的电子之后,就形成了每个原子周围8个电子的稳固分子状态,这些相邻的电子就像结合在一起一样,无法自由移动。
此时,如果有5个电子的磷原子被注入到硅片中,5个电子的磷原子和4个电子的硅原子结合,就会产生一个多余的自由电子,这种掺杂就形成了电池片的N型区,N型区的自由电子往往更容易移动。
与N型掺杂类似,如果在硅片中注入3个电子的硼原子,3个电子的硼原子与4个电子的硅原子结合,就会形成缺少一个电子的空穴区,这种空穴区称之为P型区,与N型区相反,空穴区倾向于吸附一个自由电子。
当光线照射的时候,由N型区产生的自由电子更容易吸附光子的能量,吸收了能量的电子会自由移动,而自由移动的电子更容易被P型区的空穴吸附,这样在宏观上就产生了单向流动的电子流,也就是产生了电流。
所以在光线照射的情况下,N型区会带正电荷,P型区会带负电荷,两边会形成电位差,也就是电压,当两端连接了负载的时候,光伏电池就会像普通的电池一样产生电流,用以驱动负载工作。
 
 
光伏电池的制作材料
在了解了原理之后,就要通过具体的结构和材料把原理实现出来,这才是最困难的部分,无论是硅晶片的纯度,还是掺杂的工艺,都会影响到光伏电池的最终效果。
要制作光伏电池,我们就需要地球上第二丰富的硅元素的帮助,在普通的沙子中就可以找到这种常见的元素,但是沙子中的硅元素必须转化为99.99999%的纯硅晶体,才能够被用于太阳能电池。
要做到这一点,沙子就必须经过一个复杂的净化过程。未加工的硅转化为气态硅化合物的形式,再将其与氢混合,得到高度纯化的多晶硅。这些硅材料被融化铸锭后,再切割成180微米的薄片,就形成了我们常见的硅片。
再按照实际的需求,在硅片中按照特定的工艺掺入一定的杂质,最终成为一块小的光伏电池,而一块普通的小光伏电池只能够产生0.5V左右的电压。
这种情况就需要让许多光伏电池串联起来,才能够成为一块电压符合要求的光伏电池组,在通过许多光伏电池组的并联,使得输出电流最终也能够符合要求,最终输出的电能被储能电池所存储,并用作其他用途。
Tags:多晶硅,单晶硅,半导体,光伏电池  
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