將太陽能轉化為電能的過程是如何工作的

我們中的許多人都以某種方式遇到過太陽能電池。有人已經或正在使用太陽能電池板發電供家庭使用，有人在野外使用小型太陽能電池板為自己喜歡的小工具充電，肯定有人在微型計算器上見過小型太陽能電池。有些人甚至有幸拜訪了他 太陽能發電廠. 

但是你有沒有想過將太陽能轉化為電能的過程是如何進行的？所有這些太陽能電池運行的基礎是什麼物理現象？讓我們轉向物理學，詳細了解生成過程。

從一開始就很明顯，這裡的能量來源是陽光，或者從科學上講， 電能 是由於太陽輻射的光子而產生的。這些光子可以表示為不斷從太陽移動的基本粒子流，每個粒子都具有能量，因此整個光流都帶有某種能量。

太陽表面每平方米有 63 兆瓦的能量以輻射的形式不斷發射！這種輻射的最大強度落在可見光譜範圍內—— 波長從 400 到 800 nm. 

所以，科學家們發現，太陽光流向地球的能量密度為1.496億公里，穿過大氣層後，到達地球表面後，平均每平方約900瓦儀表。

在這裡你可以接受這個能量，並嘗試從中獲取電能，也就是把太陽光通量的能量轉化為運動帶電粒子的能量，換句話說，在 電. 

為了將光轉換成電，我們需要一個光電轉換器......這種轉換器很常見，它們在自由貿易中可以找到，這些就是所謂的太陽能電池 - 以矽切割板形式的光伏轉換器。

最好的是單晶矽，它們的效率約為 18%，也就是說，如果來自太陽的光子流的能量密度為 900 W/m2，那麼你可以指望從一平方米的太陽能電池板中接收到 160 W 的電力。由此類電池組裝而成的電池。

一種叫做“光電效應”的現像在這裡起作用。光電效應或光電效應——這是在光或其他電磁輻射的影響下，物質發射電子的現象（電子從物質原子脫離的現象）。

早在 1900 年量子物理學之父馬克斯·普朗克提出，光是由單個粒子或量子發射和吸收的，後來在 1926 年，化學家吉爾伯特·劉易斯將其稱為“光子”。

每個光子都有一個能量，可以通過公式 E = hv — 普朗克常數乘以發射頻率來確定。

按照馬克斯·普朗克的想法，赫茲於 1887 年發現並在 1888 年至 1890 年間被斯托列托夫深入研究的現像變得可以解釋了。 Alexander Stoletov通過實驗研究了光電效應，建立了光電效應的三大定律（Stoletov's laws）：

• 在落在光電陰極上的電磁輻射的光譜成分恆定時，飽和光電流與陰極輻射成正比（否則：1 秒內從陰極撞出的光電子數與輻射強度成正比）。

• 光電子的最大初始速度不取決於入射光的強度，而僅由其頻率決定。

• 對於每種物質，光電效應都有一個紅色極限，即光的最低頻率（取決於物質的化學性質和表面狀態），低於該頻率就不可能發生光電效應。

後來，在 1905 年，愛因斯坦闡明了光電效應的理論。他將展示光的量子理論和能量守恆定律如何完美地解釋發生的事情和觀察到的事情。愛因斯坦會寫出光電效應的方程式，他因此獲得了 1921 年的諾貝爾獎：

功函數 這是電子離開物質原子所必須做的最小功。第二項是電子離開後的動能。

也就是說，光子被原子的電子吸收，因此原子中電子的動能增加吸收光子的能量。

該能量的一部分用於使電子離開原子，電子離開原子並獲得自由移動的機會。定向運動的電子只不過是電流或光電流。因此，我們可以討論由於光電效應而在物質中出現 EMF。

也就是說，太陽能電池的工作得益於其中運行的光電效應。但是，“被淘汰”的電子在光伏轉換器中去了哪裡？光伏轉換器或太陽能電池或光電池是 半導體因此，照片效果以一種不尋常的方式出現在其中，它是一種內部照片效果，甚至還有一個特殊的名稱“閥門照片效果”。

在陽光的影響下，半導體的 pn 結髮生光電效應並出現 EMF，但電子不會離開光電池，當電子離開身體的一部分，傳遞到另一部分時，一切都發生在阻擋層中一部分。

地殼中的矽佔其質量的 30%，這就是為什麼到處都使用它的原因。一般來說，半導體的特殊性在於它們既不是導體也不是電介質，它們的導電性取決於雜質的濃度、溫度和輻射的影響。

半導體中的帶隙是幾個電子伏特，它只是原子的上價帶能級（從中撤回電子）與下導帶能級之間的能量差。矽的帶隙為 1.12 eV——正是吸收太陽輻射所需的帶隙。

所以pn結。光電管中的摻雜矽層形成一個 pn 結。這裡有一個電子能壘，它們離開價帶並僅向一個方向移動，空穴向相反方向移動。太陽能電池中的電流就是這樣獲得的，也就是利用太陽光發電。

暴露在光子作用下的 pn 結不允許電荷載流子（電子和空穴）以一個方向以外的方式移動，它們分開並最終到達勢壘的相對兩側。而當通過上下電極連接到負載電路時，光伏轉換器在受到陽光照射時，會在外電路中產生 直流電.