太阳能电池

太阳能电池，也叫光伏电池，任何直接转换能源的光转化为电能光生伏打效应．绝大多数的太阳能电池是由硅——增加效率降低成本，因为材料的范围从非晶(非晶)到多晶再到晶(单晶)水晶)硅形成。不像电池或燃料电池，太阳能电池不利用化学反应或者需要燃料来生产电力，和，不像发电机，它们没有任何活动部件。

太阳能电池可以被排列成大的组，称为数组。这些阵列由成千上万个独立的电池组成，可以作为中央发电站，将阳光转化为电能，分配给工业、商业和住宅用户。太阳能电池在更小的配置，通常被称为太阳能细胞面板或简单的太阳能电池板它们被房主安装在屋顶上，以取代或增加传统的屋顶电力供应．太阳能电池板也被用于在许多偏远的地方提供电力，而传统的电力权力源要么不可用，要么安装成本过高。由于它们没有需要维护的活动部件，也没有需要补充的燃料，太阳能电池为大多数太空设施提供了通信和天气方面的电力卫星来空间站．(太阳能不足以供发射到地球外行星的太空探测器使用太阳系或星际空间，然而，因为扩散的辐射能随着距离太阳)。太阳能电池也被用于消费产品，如电子玩具，手持设备计算器、便携收音机．在这类设备中使用的太阳能电池可以利用人造光(例如，来自白炽灯和荧光灯)以及阳光。

虽然总光伏能源生产是微不足道的，它很可能会增加化石燃料资源减少。事实上，计算是基于世界的预测能源消耗到2030年，全球能源需求将由太阳能电池板以20%的效率运行，而覆盖地球表面的面积仅为496,805平方公里(191,817平方英里)。物质需求是巨大的，但是可行的因为硅是地壳中第二丰富的元素。这些因素促使太阳能的支持者设想未来”在太阳能经济中，几乎所有人类对能源的需求都能得到廉价、清洁、可再生的满足阳光．

太阳能电池的结构和操作

太阳能电池，无论是用于中央发电站，一个卫星，或计算器，有相同的基本结构。光通过光学涂层进入设备防反射层，最大限度地减少光的反射损失;它通过促进光线传输到下面的能量转换层，有效地捕获落在太阳能电池上的光。抗反射层通常是氧化的硅，钽,或钛它是通过旋转涂层或真空在细胞表面形成的沉积技术。

减反射层下面的三个能量转换层是顶部结层吸收层，其中构成设备的核心，以及背结层。两个额外的需要电接触层来将电流输出到外部负载并返回电池，从而完成一个电路．光进入的电池表面的电接触层通常以某种网格形式存在，并由一个良好的导体比如金属。由于金属块很轻，网格线尽量细，间距尽量宽，而不影响电池产生的电流的收集。背电接触层没有这种截然相反的限制。它只需要作为一个电接点的功能，因此覆盖了电池结构的整个背面。因为背面层还必须是很好的导电体，所以总是由它制成的金属．

因为大部分的阳光中的能量人造光在可见光范围内电磁辐射，太阳能电池的吸收器应该能有效地吸收这些波长的辐射。能强烈吸收可见辐射的物质属于一类叫做半导体．厚度约为百分之一厘米或更小的半导体可以吸收所有入射的可见光;由于结层和接触层要薄得多，太阳能电池的厚度基本上就是吸收器的厚度。的例子半导体用于太阳能电池的材料包括硅、砷化镓、磷化铟和铜硒化铟。

当光落在太阳能电池上时，吸收层中的电子会被低能量激发。基态，“在这种情况下，它们与固体中的特定原子结合在一起，达到更高的”激发态，它们可以在固体中移动。在缺乏连接形成层的情况下，这些“免费的“电子是随机运动的，因此不可能有方向性直流电．结形成层的增加，然而，诱导内置的电场这会产生光生伏打效应．实际上，电场给出了集体通过电接触层进入外部电路的电子运动，在那里它们可以做有用的工作。

用于两个结形成层的材料必须与吸收器不同，以便产生内置电场并携带电流。因此，它们可能是不同的半导体(或具有不同传导类型的同一半导体)，或者它们可能是金属和半导体。用于构建太阳能电池各层的材料基本上与用于生产太阳能电池的材料相同二极管而且晶体管的固态电子产品和微电子学(另请参阅电子产品:光电)．太阳能电池和微电子设备共享相同的基本技术．然而，在太阳能电池制造中，人们试图构造一个大面积的设备，因为产生的功率与功率成正比照亮区域。在微电子学中，目标当然是构造尺寸更小的电子元件，以增加它们在半导体芯片内的密度和运行速度集成电路．

光伏过程有某些相似之处光合作用即光能转化为能量的过程化学能在植物。由于太阳能电池显然不能在黑暗中发电，在许多应用中，它们在光照下产生的部分能量被储存起来，以备没有光照时使用。储存电能的一种常用方法是充电电化学储存电池．这个将光能转化为激发电子的能量，然后转化为储存的化学能的过程与化学反应的过程惊人地相似光合作用．