生动有趣的光伏发电原理的漫画+文末科普

光伏领跑者创新论坛 2022-05-20

The following article is from SolarWit Author 混日子、治雨

广告位招租

双玻大会

长按左方二维码或点击“阅读原文”，不管是报名还是合作，你都能做到啦

广告位招租

这是我见过最通俗、易懂、有趣的解释光伏发电原理的漫画，感谢作者“混日子”的创作以及治雨在文末科普的光伏发电原文，让各位读者朋友能够更通俗的理解光伏发电。

进一步的科普解读

1、修正一个漫画中的描述：

漫画中可能是作者为了解释的方便，用两张硅片表示P结和N结结合在一起形成PN结，但实际生产中并不是这样子的。以P型硅片为例，实际生产中只需要一张掺硼的硅片，然后在扩散炉中给P型硅片表面扩散掺入“磷”，形成PN浅结，即是说：只需要1张硅片就可以形成PN结，并非漫画中描述的两张。N型硅片反之，N型硅片掺入磷元素，然后在扩散炉中给N型硅片表面扩散掺入“硼”，形成PN结。

2、为什么要叫PN结？

P（代表Positive，正极）；N（代表Negative，负极）。我们只要记住正极是得电子的那一极，负极则是失去电子的那一极。这里还要注意一点哦，由于电子是带负电的，那么实际电流的方向和电子运动的方向是相反的。所以我们就会在平日里听到这样的表述：电流在外电路从正极流向负极，在电池内部从负极流向正极。

3、为什么P型硅片掺杂的是“硼”，而N型硅片掺杂的是“磷”？

我们都知道P代表的是“Positive正极”，而对正极的定义是“电子流入的一极”，正极是“电子流入的一极”，正极是“电子流入的一极”，重要的概念说三遍O(∩_∩)O。既然正极是外电路电子流入的一级，那么它自身就必须留有“空穴”以便接纳电子，硼元素最外层只有三个电子，和硅原子外层四个电子结合以后还没有形成“8个电子的稳态”，需要从外部接纳一个电子。所以代表正极的P型硅片需要掺入三价元素的“硼”以方便接纳电子。而代表负极的N型硅片则需要掺入最外层有5个电子的“磷”元素，磷元素（外层5个电子）和硅元素（外层4个电子）在一起形成8个电子稳态后还多一个电子，这个多余的电子就成了自由电子啦，既然正极的定义是电子流入的一级，那么负极的定义自然就是“电子流出的一极”啦，Negative负极掺入磷可以多余电子，自然就是电子流出的一极。

4、什么是“施主杂质”和“受主杂质”？

我们现在已经知道，光伏电池需要掺入“磷”、“硼”等杂质元素才能形成PN结，我们把掺入的磷、硼的过程叫做“掺杂”，磷硼本身则就是掺入的杂质。施主杂质就是指：“能施舍电子的杂质”；受主杂质是指：“接受电子的杂质”。在光伏电池中，磷元素最外侧有5个电子，结合硅元素后余一个电子，是施主杂质；而硼元素最外侧只有三个电子，需要接受一个电子才能和硅元素形成8个电子的稳态，是受主杂质。

5、为什么N型硅片的少子寿命高？

P型电池片是硅片掺入硼，扩散炉掺入磷形成PN结；而N型电池片则是硅片本身掺入磷，扩散炉掺入硼形成PN结。细心的读者此处就会发现，无论是P型电池片还是N型电池片都是掺入“硼、磷”而形成的PN结，只不过是方向反了一下而已，那么为何N型光伏电池少子寿命更高呢？这主要是因为空穴为主的P型硅片和电子结合能力更强，我们把电子比作萝卜，空穴比作坑；在P型硅片中坑很多，萝卜少；所以每当有电子流入正极很快就找到了坑，故而少子寿命低。而掺入磷的N型硅片体内有大量的自由电子，坑少萝卜多，此时则只能是来一个空穴占一个电子，其余电子则总处于自由激发态，少子寿命长。

6、各种技术提高转化效率的原理是什么？

太阳的一束光要想成为光伏电是要历经千辛万苦、艰难险阻的。

从太阳表面6000k的绝对黑体辐射曲线，到大气层上届的太阳能辐射曲线再到最终穿越大气层，我们会发现能量曲线每经理一道坎，就要减少一些。然而到达地面还并不是终点。因为并不是所有到达地面的光都能被吸收。

在各种波长的光线中，并不是所有的光线都能激发光伏电池片上的电子，以硅材料为基础最大能吸收的部分就是上图中绿色的部分。而且图中绿色部分也只是理论值，从电池片中电子被激发到最终发电还有一系列问题例如：电池片之间有间隙漏掉了光；电池片上的银浆焊带反射了光；光伏玻璃透光率只有92%遮挡了光；方向不一难以捕捉的漫反射光；焊带和电缆导电过程中的损耗；电在外送升压过程中的损耗；电在传输以及降压使用中的损耗等等。与之相对应的，所以提升光伏发电转换效率的原理都是围绕上述问题来的。