Apa prinsip pembangkit listrik tenaga surya?

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.

Apa itu lubang?

Ada empat elektron di lapisan terluar atom silikon. Jika beberapa elektron mendapatkan sejumlah energi dari dunia luar, mereka akan melepaskan diri dan menjadi elektron bebas, dan posisi awal elektron akan menjadi kekosongan, dan kekosongan ini adalah lubang. Kita semua tahu bahwa elektron bermuatan negatif, jadi lubang setara dengan pembawa bermuatan positif.

Nah, mengetahui hal ini, hal berikutnya yang ingin kita bicarakan adalah silikon tipe P-dan silikon tipe N-. Ini sangat sederhana, silikon tipe P-berarti bahwa hole adalah pembawa mayoritas, dan silikon tipe N-berarti elektron adalah pembawa mayoritas. Apa? Anda mengatakan jumlah elektron dan lubang harus sama? Hmm Jika kemurnian silikon 100 persen , tentu saja jumlahnya sama, tetapi bagaimana jika kita mengganti sebagian silikon dalam unsur silikon dengan unsur dengan lima elektron di lapisan terluar atom? Bagaimana jika Anda menggantinya dengan unsur yang hanya memiliki tiga elektron di kulit terluar?

Dua elemen yang paling banyak didoping ke dalam silikon adalah fosfor ( plus 5 valensi) dan boron ( plus 3 valensi).

Kemudian, ada sesuatu yang disebut sambungan PN, yang bukan sekadar sepotong silikon tipe P-dan sepotong silikon tipe N-. Secara umum, permukaan sepotong silikon tipe P-didoping dengan fosfor untuk membentuk lapisan silikon tipe N-, dan sebaliknya, sehingga terbentuk sambungan PN di daerah di mana silikon tipe P-dan antarmuka silikon tipe N-.

Pembentukan PN junction sangat sederhana. Karena ada banyak lubang bebas di silikon tipe P-, dan ada banyak elektron bebas di silikon tipe N-, karena perbedaan konsentrasi, lubang di silikon tipe P- akan berdifusi ke dalam silikon tipe N-, sedangkan silikon tipe N-memiliki elektron bebas lebih banyak. Elektron dalam silikon juga berdifusi ke dalam silikon tipe P-. Dengan cara ini, medan listrik akan terbentuk di daerah pertemuan silikon tipe P dan N-. Kami menyebutnya medan listrik-terbangun. Saat difusi berlangsung, kekuatan medan listrik akan menjadi lebih besar dan lebih besar, dan medan listrik akan mendorong lubang ke silikon tipe P-. dorongan arah. Akhirnya, gaya medan listrik dan perbedaan konsentrasi membentuk keseimbangan, sehingga diperoleh sambungan PN yang stabil.

Sekarang untuk bagian terakhir. Bagaimana PN junction menghasilkan listrik? Sebagai semikonduktor, silikon memiliki properti penting lainnya. Artinya, ketika ada cahaya, elektron pada lapisan terluar silikon akan mendapatkan energi dari cahaya menjadi elektron bebas dan meninggalkan hole pada posisi semula untuk membentuk pasangan hole-elektron. Jika kelompok elektron-pasangan lubang ini dihasilkan di daerah di mana medan listrik dibangun di persimpangan PN, di bawah aksi gaya medan listrik, lubang akan pindah ke daerah P, dan elektron akan pindah ke daerah N. Dengan cara ini, perbedaan potensial akan dihasilkan di persimpangan PN. Jika kita menghubungkan kedua ujung PN junction ke elektroda dan kemudian menyalakannya, akan dihasilkan arus.

Di atas adalah prinsip pembangkit listrik sel surya. Prinsipnya cukup sederhana, namun dalam proses produksinya, untuk meningkatkan efisiensi baterai, masih banyak proses lain yang perlu ditingkatkan.