¿Cuál es el principio de la generación de energía con celdas solares?

Now, more and more solar cells appear in people's field of vision. As long as there is sunlight, it can generate current, which is not too convenient. What is its principle? Today, I will briefly and slightly in-depth talk about the power generation principle of the most common crystalline silicon solar cells.

First of all, we have to introduce the raw material of crystalline silicon solar cells: silicon.These black and somewhat metallic things are polysilicon initially prepared by some chemical methods. Silicon is a semiconducting material, which means its conductivity is between that of a conductor and an insulator. Unlike metals, silicon's carriers have something called holes in addition to electrons.

¿Qué es un agujero?

Hay cuatro electrones en la capa más externa del átomo de silicio. Si algunos electrones obtienen cierta cantidad de energía del mundo exterior, se liberarán y se convertirán en electrones libres, y la posición original de los electrones se convertirá en una vacante, y esta vacante es un hueco. Todos sabemos que los electrones tienen carga negativa, por lo que los huecos equivalen a un portador con carga positiva.

Bueno, sabiendo esto, lo siguiente de lo que queremos hablar es de silicio tipo P-y silicio tipo N-. Esto es muy simple, el silicio tipo P-significa que los huecos son los portadores mayoritarios, y el silicio tipo N-significa que los electrones son los portadores mayoritarios. ¿Qué? ¿Dices que el número de electrones y huecos debería ser el mismo? Hmm, si la pureza del silicio es del 100 por ciento, por supuesto que el número de ellos es el mismo, pero ¿qué pasa si reemplazamos parte del silicio en el elemento de silicio con un elemento con cinco electrones en la capa más externa del átomo? ¿Qué sucede si lo reemplaza con un elemento con solo tres electrones en la capa más externa?

Los dos elementos más dopados en silicio son el fósforo (más 5 de valencia) y el boro (más 3 de valencia).

Luego, hay algo llamado unión PN, que no es simplemente una pieza de silicio tipo P-y una pieza de silicio tipo N-. Generalmente, una superficie de una pieza de silicio tipo P- se dopa con fósforo para formar una capa de silicio tipo N-, y viceversa, de modo que se forma una unión PN en el área donde se encuentra el interfaz de silicio de tipo P-y la interfaz de silicio de tipo N-.

La formación de la unión PN es muy simple. Dado que hay muchos huecos libres en el silicio tipo P-y hay muchos electrones libres en el silicio tipo N-, debido a la diferencia de concentración, los huecos en el silicio tipo P- se difundirá en silicio de tipo N-, mientras que el silicio de tipo N-tiene más electrones libres. Los electrones en el silicio también se difunden en el silicio tipo P-. De esta manera, se formará un campo eléctrico en el área donde se encuentran el silicio tipo P y N-. Lo llamamos campo eléctrico-incorporado. A medida que avanza la difusión, la intensidad del campo eléctrico será cada vez mayor, y el campo eléctrico empujará los agujeros hacia el silicio tipo P-. empuje de dirección. Finalmente, la fuerza del campo eléctrico y la diferencia de concentración forman un equilibrio, obteniendo así una unión PN estable.

Ahora para la parte final. ¿Cómo genera electricidad la unión PN? Como semiconductor, el silicio tiene otra propiedad importante. Es decir, cuando hay luz, los electrones en la capa externa de silicio obtendrán energía de la luz para convertirse en electrones libres y dejar un hueco en la posición original para formar un par de electrones-huecos. Si este grupo de pares de electrones-huecos se generan en la región donde se crea el campo eléctrico en la unión PN, bajo la acción de la fuerza del campo eléctrico, los huecos se moverán a la región P y los electrones pasar a la región N. De esta forma, se generará una diferencia de potencial a través de la unión PN. Si conectamos los dos extremos de la unión PN al electrodo y luego lo encendemos, se generará una corriente.

Lo anterior es el principio de generación de energía de las células solares. El principio es bastante simple, pero en el proceso de producción, para mejorar la eficiencia de la batería, hay muchos otros procesos que deben mejorarse.