太陽能電池，太陽能飛機，太陽能汽車，這些都是通過陽光轉換為電的，但具體是一個怎樣的過程呢？如果你不是一目十行，那就很容易理解。

 

　　跟半導體(ti) 有關(guan)

　　矽真是一個(ge) 好東(dong) 西，計算機、IT離不開它，太陽能發電也離不開它。

　　矽原子的最外層有4個(ge) 電子，這是不完美的結構，要想發不離8，矽原子的最外層迫切需要達到8個(ge) 電子，為(wei) 此，它們(men) 不得不抱團取暖，互相借力，當很多矽原子在一起時，每個(ge) 矽原子共享相鄰的4個(ge) 矽原子的4個(ge) 電子，同時也把自身最外層的4個(ge) 電子共享出去，如此，它們(men) 組成了穩定的矽晶體(ti) 。

 

　　矽晶體(ti) 化學性質非常穩定。在常溫下，除氟化氫以外，很難與(yu) 其他物質發生反應。

　　矽晶體(ti) 是不良導體(ti) ，因為(wei) 它沒有無所事事的自由電子，現在，我們(men) 就來改造它。磷原子（P）的最外層有5個(ge) 電子，把磷原子摻雜進矽晶體(ti) ，那麽(me) 矽晶體(ti) 顯然就多出了一個(ge) 自由電子。

 

　　磷原子拿出4個(ge) 電子與(yu) 相鄰4個(ge) 矽原子共享後，還剩餘(yu) 一個(ge) 電子，它是自由的。

　　矽晶體(ti) 中無數的矽原子被磷原子取而代之，就多出了很多的自由電子，於(yu) 是，它就導電了。此時，我們(men) 已經做成了一個(ge) 半導體(ti) ，它的名字叫“N型半導體(ti) ”，為(wei) 了讓你一輩子都能記住N型半導體(ti) 的由來，你可以把“N”想象成一個(ge) 百無聊奈的自由電子在走“N”字型閑逛。

　　以上，是摻雜有5個(ge) 最外層電子的磷原子，那麽(me) ，假如摻雜的是最外層隻有3個(ge) 電子的鋁（AI）呢？

 

　　摻雜鋁原子後，顯然，就缺少了一個(ge) 電子了，這就像一個(ge) 沒有被填滿的洞，我們(men) 叫它“空穴”。

　　矽晶體(ti) 摻雜諸如鋁、硼這樣的三價(jia) 原子後，就製成了另一種半導體(ti) ，叫做“P型半導體(ti) ”，為(wei) 了記住它，我們(men) 可以把“P”想象成一個(ge) 需要電子去填充的空穴。

　　P型半導體(ti) 也是導電的，這是因為(wei) ，施加外電場後，P型半導體(ti) 中的電子會(hui) 逆電場方向依次填補空穴，同時呢，空穴也就沿電場方向移動，於(yu) 是，電流產(chan) 生了。

　　PN結

　　說了半天的N型半導體(ti) 和P型半導體(ti) ，它倆(lia) 有啥用？非常有用，如果你把它倆(lia) 對接在一起的話。

　　如果一塊半導體(ti) 晶體(ti) 的一側(ce) 是N型半導體(ti) ，另一側(ce) 是P型半導體(ti) ，那麽(me) 中間相連的接觸麵就叫PN結。

 

　　PN結是許多電子元件，例如二極管、各種晶體(ti) 管的物質基礎。而晶體(ti) 管被認為(wei) 是現代曆史上最偉(wei) 大的發明之一，在重要性方麵可以與(yu) 印刷術，汽車和電話等發明相提並論。

　　現在我們(men) 已經知道，在N型半導體(ti) 中，自由電子的濃度很高，而在P型半導體(ti) 中，空穴的濃度很高。根據擴散的原理，物質總是從(cong) 濃度高的地方向濃度低的地方擴散。

　　所以，在PN結中，會(hui) 有很多自由電子從(cong) N型半導體(ti) 中擴散到P型半導體(ti) 中，帶來的結果是，本來N型半導體(ti) 是電中性的，不帶電，但因為(wei) 失去一部分電子後，就帶正電了。

　　而在P型半導體(ti) 中，因為(wei) 很多自由電子跑過來，填滿了不少空穴，導致空穴濃度降低了，本來P型半導體(ti) 也是電中性的，現在多出了很多電子，所以帶上了負電。

　　PN結中，一側(ce) 帶上正電，一側(ce) 帶上負電，於(yu) 是就在接觸麵形成了一個(ge) 內(nei) 部的電場。

　　陽光是怎麽(me) 發電的？

　　說完了PN結，和PN結裏麵的內(nei) 電場，現在，我們(men) 終於(yu) 可以進入正題--陽光是怎麽(me) 變成電流的？

　　在光電效應中，我們(men) 知道，一定頻率以上的光可以從(cong) 金屬中打出電子。這告訴我們(men) ，光的能量是可以作用在電子上。

　　當太陽光照射到一般的半導體(ti) 上時，會(hui) 產(chan) 生電子與(yu) 空穴對，即，陽光在半導體(ti) 中產(chan) 生一個(ge) 自由電子時，就會(hui) 同時產(chan) 生一個(ge) 空穴，因為(wei) 電子在陽光能量的作用下離開本該待的位置，成為(wei) 自由電子時，那個(ge) 位置必然缺乏一個(ge) 電子，空穴就產(chan) 生了。

　　不過，在一般的半導體(ti) 中，陽光產(chan) 生的自由電子和空穴很快就結合在一起了，自由電子和空穴的生命周期很短。

　　但是在PN結半導體(ti) 中，就不同了。

　　因為(wei) PN結中有內(nei) 電場，當太陽光在PN結中產(chan) 生電子和空穴對時，電子會(hui) 在內(nei) 電場的作用下，向N型半導體(ti) 中移動，同理，空穴向P型半導體(ti) 中移動。

　　此時，如果PN結兩(liang) 端接通導線，就可以產(chan) 生電流了。

　　以上，就是太陽能發電的原理。下圖為(wei) 示意圖：