将太阳能转化为电能的过程是如何工作的

我们中的许多人都以某种方式遇到过太阳能电池。有人已经或正在使用太阳能电池板发电供家庭使用，有人在野外使用小型太阳能电池板为自己喜欢的小工具充电，肯定有人在微型计算器上见过小型太阳能电池。有些人甚至有幸拜访了他 太阳能发电厂. 

但是你有没有想过将太阳能转化为电能的过程是如何进行的？所有这些太阳能电池运行的基础是什么物理现象？让我们转向物理学，详细了解生成过程。

从一开始就很明显，这里的能量来源是阳光，或者从科学上讲， 电能 是由于太阳辐射的光子而产生的。这些光子可以表示为不断从太阳移动的基本粒子流，每个粒子都具有能量，因此整个光流都带有某种能量。

太阳表面每平方米有 63 兆瓦的能量以辐射的形式不断发射！这种辐射的最大强度落在可见光谱范围内—— 波长从 400 到 800 nm. 

所以，科学家们发现，太阳光射向地球的能量密度为1.496亿公里，穿过大气层，到达地球表面后，平均每平方约900瓦仪表。

在这里你可以接受这个能量，并尝试从中获取电能，也就是把太阳光通量的能量转化为运动带电粒子的能量，换句话说，在 电. 

为了将光转换成电，我们需要一个光电转换器......这种转换器很常见，它们在自由贸易中可以找到，这些就是所谓的太阳能电池 - 以硅切割板形式的光伏转换器。

最好的是单晶硅，它们的效率约为 18%，也就是说，如果来自太阳的光子流具有 900 W/m2 的能量密度，那么你可以指望从一平方米的太阳能电池板接收 160 W 的电力。由此类电池组装而成的电池。

一种叫做“光电效应”的现象在这里起作用。光电效应或光电效应——这是在光或其他电磁辐射的影响下，物质发射电子的现象（电子从物质原子脱离的现象）。

早在 1900 年量子物理学之父马克斯·普朗克提出，光是由单个粒子或量子发射和吸收的，后来在 1926 年，化学家吉尔伯特·刘易斯将其称为“光子”。

每个光子都有一个能量，可以通过公式 E = hv — 普朗克常数乘以发射频率来确定。

按照马克斯·普朗克的想法，赫兹于 1887 年发现并在 1888 年至 1890 年间被斯托列托夫深入研究的现象变得可以解释了。 Alexander Stoletov通过实验研究了光电效应，建立了光电效应的三大定律（Stoletov's laws）：

• 在落在光电阴极上的电磁辐射的光谱成分恒定时，饱和光电流与阴极辐射成正比（否则：1 秒内从阴极撞出的光电子数与辐射强度成正比）。

• 光电子的最大初始速度不取决于入射光的强度，而仅由其频率决定。

• 对于每种物质，光电效应都有一个红色极限，即光的最低频率（取决于物质的化学性质和表面状态），低于该频率就不可能发生光电效应。

后来，在 1905 年，爱因斯坦阐明了光电效应的理论。他将展示光的量子理论和能量守恒定律如何完美地解释发生的事情和观察到的事情。爱因斯坦会写出光电效应的方程式，他因此获得了 1921 年的诺贝尔奖：

功函数 这是电子离开物质原子所必须做的最小功。第二项是电子离开后的动能。

也就是说，光子被原子的电子吸收，因此原子中电子的动能增加吸收光子的能量。

该能量的一部分用于使电子离开原子，电子离开原子并获得自由移动的机会。定向运动的电子只不过是电流或光电流。因此，我们可以讨论由于光电效应而在物质中出现 EMF。

也就是说，太阳能电池的工作得益于其中运行的光电效应。但是，“被淘汰”的电子在光伏转换器中去了哪里？光伏转换器或太阳能电池或光电池是 半导体因此，照片效果以一种不寻常的方式出现在其中，它是一种内部照片效果，甚至还有一个特殊的名称“阀门照片效果”。

在阳光的影响下，半导体的 pn 结发生光电效应并出现 EMF，但电子不会离开光电池，当电子离开身体的一部分，传递到另一部分时，一切都发生在阻挡层中一部分。

地壳中的硅占其质量的 30%，这就是为什么到处都使用它的原因。一般来说，半导体的特殊性在于它们既不是导体也不是电介质，它们的导电性取决于杂质的浓度、温度和辐射的影响。

半导体中的带隙是几个电子伏特，它只是原子的上价带能级（从中撤回电子）与下导带能级之间的能量差。硅的带隙为 1.12 eV——正是吸收太阳辐射所需的带隙。

所以pn结。光电管中的掺杂硅层形成一个 pn 结。这里有一个电子能垒，它们离开价带并仅向一个方向移动，空穴向相反方向移动。太阳能电池中的电流就是这样获得的，也就是利用太阳光发电。

暴露在光子作用下的 pn 结不允许电荷载流子（电子和空穴）以一个方向以外的方式移动，它们分开并最终到达势垒的相对两侧。而当通过上下电极连接到负载电路时，光伏转换器在受到阳光照射时，会在外电路中产生 直流电.