太阳能电池发电原理是什么？
太阳能电池发电原理
光合太阳能电池片太阳能电池是一对光有呼应并能将光能转化成电力的器材。能发作光伏效应的资料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。它们的发电原理根本相同，现以晶体为例描绘光发电进程。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，构成P－N结。
当光线照耀太阳能电池外表时，一部分光子被硅资料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发作了越迁，成为自由电子在P－N结两边集聚构成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的效果下，将会有电流流过外部电路发作必定的输出功率。这个进程的本质是：光子能量转化成电能的进程。
太阳简介
太阳是离地球最近的一颗恒星,也是太阳的中心天体,它的质量占太阳系总质量的99.865%。太阳也是太阳系里专一自己发光的天体,它给地球带来光和热。假如没有太阳光的照耀,地上的温度将会很快地降低到挨近绝对零度。因为太阳光的照耀,地上均匀温度才会保持在14℃左右,构成了人类和绝大部分生物生计的条件。除了原子能、地热和火山爆发的能量外,地上上大部分动力均直接或直接同太阳有关。
太阳是一个首要由氢和氦组成的火热的气体火球,半径为6.96×105km(是地球半径的109倍)，质量约为1.99×1027t(是地球质量的33万倍)，均匀密度约为地球的1/4。太阳外表的有用温度为5762K,而内部中心区域的温度则高达几千万度。太阳的能量首要来源于氢聚变成氦的聚变反应,每秒有6.57×1011kg的氢聚合生成6.53×1011kg的氦,接连发作3.90×1023kW能量。这些能量以电磁波的方法,以3×105km/s的速度穿越太空射向五湖四海。地球只接遭到太阳总辐射的二十二亿分之一,即有1.77×1014kW抵达地球大气层上边际(“上界”),因为穿越大气层时的衰减,最终约8.5×1013kW抵达地球外表,这个数量相当于全国际发电量的几十万倍。
依据现在太阳发作的核能速率预算,氢的储量满足保持600亿年,而地球内部安排因热核反应聚组成氦,它的寿数约为50亿年,因而,从这个含义上讲,能够说太阳的能量是取之不尽、用之不竭的。
太阳的结构和能量传递方法扼要阐明如下。
太阳的质量很大,在太阳本身的重力效果下,太阳物质向中心集合,中心中心的密度和温度很高,使得能够发作原子核反应。这些核反应是太阳的动力,所发作的能量接连不断地向空间辐射,而且操控着太阳的活动。依据各种直接和直接的资料,以为太阳从中心到边际可分为核反应区、辐射区、对流区和太阳大气。
(1)核反应区
在太阳半径25%(即0.25R)的区域内,是太阳的中心,集中了太阳一半以上的质量。此处温度大约1500万度(K),压力约为2500亿大气压(1atm=101325Pa),密度挨近158g/cm3。这部分发作的能量占太阳发作的总能量的99%,并以对流和辐射方法向外辐射。氢聚合时放出伽玛射线,这种射线经过较冷区域时,耗费能量,添加波长,变成X射线或紫外线及可见光。
(2)辐射区
在核反应区的外面是辐射区,所属规划从0.25～0.8R,温度下降到13万度,密度下降为0.079g/cm3。在太阳中心发作的能量经过这个区域由辐射传输出去。
(3)对流区
在辐射区的外面是对流区(对流层),所属规划从0.8～1.0R,温度下降为5000K,密度为10－8g/cm3。在对流区内,能量首要靠对流传达。对流区及其里边的部分是看不见的,它们的性质只能靠同观测相符合的理论计算来确认。
(4)太阳大气
大致能够分为光球、色球、日冕等层次,各层次的物理性质有显着差异。太阳大气的最底层称为光球,太阳的悉数光能简直全从这个层次宣布。太阳的接连光谱根本上便是光球的光谱,太阳光谱内的吸收线根本上也是在这一层内构成的。光球的厚度约为500km。色球是太阳大气的中层,是光球向外的延伸,一向可延伸到几千公里的高度。太阳大气的最外层称为日冕,是冕是极点淡薄的气体壳,能够延伸到几个太阳半径之远。严格说来,上述太阳大气的分层仅有方法的含义,实际上各层之间并不存在着显着的边界,它们的温度、密度跟着高度是接连地改动的。
可见,太阳并不是一个必定温度的黑体,而是许多层不同波长放射、吸收的辐射体。不过,在描绘太阳时,一般将太阳看作温度为6000K、波长为0.3～3.0μm的黑色辐射体。
太阳能运用新近展
日前从上海市科委得悉，华东师范大学科研人员运用纳米资料在试验室中成功“再造”叶绿体，以极端低价的本钱完成光能发电。
叶绿体是植物进行光合效果的场所，能有用将太阳光转化成化学能。此次课题组并非在植物体外“复制”了一个叶绿体，而是研制出一种与叶绿体结构类似的新式电池———染料敏化太阳能电池，测验将光能转化成电能。在上海市纳米专项基金的支持下，经过3年多试验与探究，这块仿生太阳能电池的光电转化功率已超越10％，挨近11％的国际最高水平。
项目负责人、华东师大纳光电集成与先进配备教育部工程研讨中心主任孙卓教授展现了新式太阳能电池的“三明治”结构———中空玻璃夹着一层纳米“夹心”，光电转化的玄机就藏在这层几十微米厚的复合薄膜中。纳米“夹心”的“配方”非常共同：染料充任“捕光手”，纳米二氧化钛则是“光电转化器”。为了让染料尽可能多“吃”太阳光，科研人员还独出机杼地撒了点“佐料”———一种由纳米荧光资料制成的量子点，让不同波长的阳光都能对上“捕光手”的“食欲”。只需不断改进“配方”，纳米“夹心”的光电转化功率就能一次次进步。
作为第三代太阳能电池，染料敏化电池的最大吸引力在于廉价的原资料和简略的制造工艺。据预算，染料敏化电池的本钱仅相当于硅电池板的1／10。一起，它对光照条件要求不高，即便在阳光不太足够的室内，其光电转化率也不会遭到太大影响。别的，它还有许多风趣用处。比方，用塑料代替玻璃“夹板”，就能制成可曲折的柔性电池；将它做成显示器，就可一边发电，一边发光，完成动力自给自足。
太阳能是一种洁净和可继续发作的动力，开展太阳能科技可削减在发电进程中运用矿藏燃料，然后减轻空气污染及全球暖化的问题
太阳能运用根本方法能够分为如下4大类。
（1）光热运用
它的根本原来是将太阳辐射能搜集起来，经过与物质的相互效果转化成热能加以运用。现在运用最多的太阳能搜集设备，首要有平板型集热器、真空管集热器和聚集集热器等3种。一般依据所能抵达的温度和用处的不同，而把太阳能光热运用分为低温运用（＜200℃）、中温运用（200～800℃）和高温运用（＞800℃）。现在低温运用首要有太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸馏器、太阳房、太阳能温室、太阳能空调制冷体系等，中温运用首要有太阳灶、太阳能热发电聚光集热设备等，高温运用首要有高温太阳炉等。
（2）太阳能发电
未来太阳能的大规划运用是用来发电。运用太阳能发电的方法有多种。现在已有用的首要有以下两种。
①光—热—电转化。即运用太阳辐射所发作的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转化为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。前一进程为光—热转化，后一进程为热—电转化。
②光—电转化。其根本原理是运用光生伏打效应将太阳辐射能直接转化为电能，它的根本设备是太阳能电池。 （3）光化运用
这是一种运用太阳辐射能直接分化水制氢的光—化学转化方法。
（4）光生物运用
经过植物的光合效果来完成将太阳能转化成为生物质的进程。现在首要有速生植物（如薪炭林）、油料作物和巨型海藻。我国蕴藏着丰厚的太阳能资源，太阳能运用远景宽广。现在，我国太阳能工业规划已位居国际第一，是全球太阳能热水器生产量和运用量最大的国家和重要的太阳能光伏电池生产国。我国比较老练太阳能产品有两项：太阳能光伏发电体系和太阳能热水体系。
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