太陽能是人類取之不盡用之不竭的能源，同時也是清潔能源，其本身不會出現(xiàn)任何環(huán)境污染。在太陽能的有效利用當中，大陽能led/'target='_blank'>光電轉(zhuǎn)換利用是近些年來發(fā)展最快、最具活力的研究領(lǐng)域，是太陽能技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中最受矚目的項目之一。制作太陽能電池重要是以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)，其工作原理是利用光電材料受光能照射后發(fā)生光電反應(yīng)而實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。根據(jù)所用材料的不同，太陽能電池可分為：硅基太陽能電池、薄膜太陽能電池、生物太陽能電池等等，這里重要講的硅基太陽能電池。一、硅太陽能電池1．硅太陽能電池工作原理與結(jié)構(gòu)太陽能電池發(fā)電的原理重要是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)，一般的半導(dǎo)體重要結(jié)構(gòu)如下：

圖中，正電荷表示硅原子，負電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個電子。當硅晶體中摻入其他的雜質(zhì)，如硼、磷等，當摻入硼時，硅晶體中就會存在著一個空穴，它的形成可以參照下圖：

圖中，正電荷表示硅原子，負電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個電子。而黃色的表示摻入的硼原子，因為硼原子周圍只有3個電子，所以就會出現(xiàn)入圖所示的藍色的空穴，這個空穴因為沒有電子而變得很不穩(wěn)定，容易吸收電子而中和，形成p（positive）型半導(dǎo)體。同樣，摻入磷原子以后，因為磷原子有五個電子，所以就會有一個電子變得非常活躍，形成N（negative）型半導(dǎo)體。黃色的為磷原子核，紅色的為多余的電子。如下圖。

p型半導(dǎo)體中含有較多的空穴，而N型半導(dǎo)體中含有較多的電子，這樣，當p型和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時，就會在接觸面形成電勢差，這就是pN結(jié)。

當p型和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時，在兩種半導(dǎo)體的交界面區(qū)域里會形成一個特殊的薄層)，界面的p型一側(cè)帶負電，N型一側(cè)帶正電。這是由于p型半導(dǎo)體多空穴，N型半導(dǎo)體多自由電子，出現(xiàn)了濃度差。N區(qū)的電子會擴散到p區(qū)，p區(qū)的空穴會擴散到N區(qū)，一旦擴散就形成了一個由N指向p的“內(nèi)電場”，從而阻止擴散進行。達到平衡后，就形成了這樣一個特殊的薄層形成電勢差，這就是pN結(jié)。當晶片受光后，pN結(jié)中，N型半導(dǎo)體的空穴往p型區(qū)移動，而p型區(qū)中的電子往N型區(qū)移動，從而形成從N型區(qū)到p型區(qū)的電流。然后在pN結(jié)中形成電勢差，這就形成了電源。(如下圖所示）

由于半導(dǎo)體不是電的良導(dǎo)體，電子在通過p－n結(jié)后假如在半導(dǎo)體中流動，電阻非常大，損耗也就非常大。但假如在上層全部涂上金屬，陽光就不能通過，電流就不能出現(xiàn)，因此一般用金屬網(wǎng)格覆蓋p－n結(jié)（如圖梳狀電極），以新增入射光的面積。另外硅表面非常光亮，會反射掉大量的太陽光，不能被電池利用。為此，科學(xué)家們給它涂上了一層反射系數(shù)非常小的保護膜（如圖），實際工業(yè)生產(chǎn)基本都是用化學(xué)氣相沉積沉積一層氮化硅膜，厚度在1000埃左右。將反射損失減小到5％甚至更小。一個電池所能供應(yīng)的電流和電壓畢竟有限，于是人們又將很多電池（通常是36個）并聯(lián)或串聯(lián)起來使用，形成太陽能光電板。2．硅太陽能電池的生產(chǎn)流程通常的晶體硅太陽能電池是在厚度350～450μm的高質(zhì)量硅片上制成的，這種硅片從提拉或澆鑄的硅錠上鋸割而成。

上述方法實際消耗的硅材料更多。為了節(jié)省材料，目前制備多晶硅薄膜電池多采用化學(xué)氣相沉積法，包括低壓化學(xué)氣相沉積（LpCVD）和等離子增強化學(xué)氣相沉積（pECVD）工藝。此外，液相外延法（LppE）和濺射沉積法也可用來制備多晶硅薄膜電池。化學(xué)氣相沉積重要是以SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或SiH4,為反應(yīng)氣體,在一定的保護氣氛下反應(yīng)生成硅原子并沉積在加熱的襯底上，襯底材料一般選用Si、SiO2、Si3N4等。但研究發(fā)現(xiàn)，在非硅襯底上很難形成較大的晶粒，并且容易在晶粒間形成空隙。解決這一問題辦法是先用LpCVD在襯底上沉積一層較薄的非晶硅層，再將這層非晶硅層退火，得到較大的晶粒，然后再在這層籽晶上沉積厚的多晶硅薄膜，因此，再結(jié)晶技術(shù)無疑是很重要的一個環(huán)節(jié)，目前采用的技術(shù)重要有固相結(jié)晶法和中區(qū)熔再結(jié)晶法。多晶硅薄膜電池除采用了再結(jié)晶工藝外，另外采用了幾乎所有制備單晶硅太陽能電池的技術(shù)，這樣制得的太陽能電池轉(zhuǎn)換效率明顯提高。太陽能電池發(fā)電的原理太陽能電池發(fā)電的原理重要是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)。能出現(xiàn)光電效應(yīng)的材料有許多種，如：單晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發(fā)電原理基本相同。現(xiàn)以硅為例說明。帶正電荷硅原子旁邊圍繞著四個帶負電荷的電子。可以通過向硅晶體中摻入其他的雜質(zhì)，如硼、磷等來改變其特性。當摻入硼時，因為硼原子周圍只有3個電子，所以硅晶體中就會存在著一個空穴，這個空穴因為沒有電子而變得很不穩(wěn)定，容易吸收電子而中和，形成N型半導(dǎo)體。當摻入磷原子時，因為磷原子有五個電子，所以就會有一個電子變得非常活躍，形成p型半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體中含有較多的空穴，而p型半導(dǎo)體中含有較多的電子，這樣，當p型和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時，就會在接觸面形成電勢差，這就是pN結(jié)。當光線照射太陽能電池表面時，pN結(jié)中的N型半導(dǎo)體的空穴往p型區(qū)移動，而p型區(qū)中的電子往N型區(qū)移動，從而在pN結(jié)兩側(cè)集聚形成電位差。當外部接通電路時，在該電壓的用途下，將會有電流流過外部電路出現(xiàn)一定的輸出功率。這個過程就是光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。

其他相關(guān)知識：1.塞貝克效應(yīng)：德國物理學(xué)家塞貝克發(fā)現(xiàn)，兩種不同導(dǎo)體所組成的回路中，當兩接點處于不同溫度時，就出現(xiàn)電動勢，因而也就出現(xiàn)電流。2.隧道效應(yīng)原理：在兩層金屬導(dǎo)體之間夾一薄絕緣層，就構(gòu)成一個電子的隧道結(jié)。實驗發(fā)現(xiàn)電子可以通過隧道結(jié)，即電子可以穿過絕緣層，這便是隧道效應(yīng)