太阳电池

太阳电池（ solar cell ），利用其自身的光生伏打效应直接把太阳辐射能转变为电能的半导体器件（见半导体光电子器件）。又称太阳能电池或光电池。最早的光生伏打器件是硒光电池，它的转换效率太低，实际上不可能用来发电，只能用作光检测元件。1954年，具有较高的转换效率(6％)的单晶硅太阳电池问世，使利用太阳电池发电有了现实可能性。“太阳电池”的名称从此出现。

原理和结构

典型的太阳电池是一个PN结半导体二极管。当电子导电的N型半导体和空穴导电的P型半导体结合在一起时，由于电子和空穴的相互扩散，在交界面处形成内建电场，称为PN结。当太阳光照射到太阳电池上时，电池吸收光能，其中能量大于禁带宽度的光子能把处于半导体价带中的电子激发到导带上去，形成自由电子，在价带留下带正电的自由空穴。自由电子和空穴在不停的运动中扩散到PN结处的空间电荷区，被该区内建电场分离，电子被扫到电池的N型一侧，空穴被扫到电池的P型一侧，从而在电池上下两面（两极）分别形成了正负电荷积累，产生光生电压，即光生伏打效应。若在电池两侧引出电极并接上负载，负载中就有光生电流通过，得到可利用的电能（见固态电子器件）。

太阳电池示意图

种类

已商品化的太阳电池主要有单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池和非晶硅太阳电池，其他已试制或正进行重点研究的电池有化合物太阳电池。属于薄膜类的有铜铟硒太阳电池、锑化镉太阳电池，属于晶体类的有砷化镓太阳电池、磷化铟太阳电池。还有聚光型太阳电池，基片主要使用单晶硅或砷化镓。

应用

太阳电池可单独地作为光探测元件使用，但更主要的是经过串联和并联以获得所需的电压和电流，作为供电电源使用。硅太阳电池具有很长的寿命和高的功率/重量比，主要用作航天器的电源。它在地面上主要用作航标灯、无人中继站的电源，还可用于电牧栏、太阳能水泵、电子表和计算器。除用于发电外，太阳电池还可作为光敏元件来使用，如用于曝光表、光电比色计、医疗仪器（如血氧计）等。