3.1　太阳能光伏电池及其工作原理

太阳能光伏电池是一种依据半导体光电效应，亦即利用光电材料受光能照射后发生光电反应，进而实现能量转换的器件（装置）。能产生光电效应的材料有许多种，如单晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化镓、硒铟铜等，这些半导体材料的光电转换原理基本相同。本书中主要以硅基太阳能光伏电池为例讲述太阳能光伏电池的工作机理。

3.1.1　半导体基础知识

（1）半导体及其主要特性

固体材料按照它们导电能力的强弱，可分为导体、绝缘体和半导体三类。导电能力强的物体叫作导体，如金、银、铜、铁、铝等，其电阻率通常在10-8～10-6Ω·m范围内。导电能力弱或基本不导电的物体叫作绝缘体，如橡胶、塑料、木材、玻璃等，其电阻率通常在108～1020Ω·m范围内。导电能力介于导体和绝缘体之间的物体叫作半导体，如硅、锗、砷化镓和硫化镉等，其电阻率通常在10-5～107Ω·m。半导体材料与导体和绝缘体的不同，不仅仅表现在电阻率的数值上，而且还在于它在导电性能上具有如下一些特点。

① 掺杂特性　在纯净的半导体中掺入微量的杂质，其电阻率会发生很大变化，从而显著地改变半导体的导电能力。例如，在纯硅中掺入磷杂质的浓度在1019～1026m-3范围内变化时，其电阻率就会从104Ω·m变到10-5Ω·m；室温下在纯硅中掺入百万分之一的硼，硅的电阻率就会从2.14×103Ω·m 减小到0.004Ω·m左右。在同一种材料中掺入不同类型的杂质，可以得到不同导电类型的半导体材料。

② 温度特性　温度能显著改变半导体材料的导电性能。一般来讲，半导体的导电能力随温度升高而迅速增强，也就是说半导体的电阻率具有负的温度系数。例如，锗的温度从200℃升高到300℃，其电阻率就会降低一半左右。

③ 环境特性　半导体的导电能力还会随光照强度的变化而变化，即半导体具有光电导现象。另外，一些特殊的半导体，在电场和磁场的作用下其电阻率也会发生变化。

（2）半导体晶体结构

自然界的物质按其存在的形式可分为气态、液态和固态。固态物质根据它们的质点（原子、离子、分子）排列规则的不同，可分为晶体和非晶体。具有确定熔点的固态物质称为晶体；没有确定的熔点，即加热时在某一温度范围内逐渐软化的固态物质称为非晶体。所有晶体都是由原子、分子、离子或这些粒子集团在空间按一定规则排列而成的，这种对称的、有规则的排列叫晶体的点阵或晶体格子，简称晶格。将晶格周期地重复排列就构成晶体。晶体又可分为单晶体和多晶体两种，从头到尾都按同一规则周期性排列的晶体是单晶体；整个晶体由多个同样成分、同样晶体结构的小晶体组成的晶体是多晶体。在多晶体中，每个小晶体中的质子排列顺序的位向不同。非晶体质点的排列是无规则的，它具有“短程有序、长程无序”的排列特点，所以也被称为无定形态。

目前，太阳能光伏电池的基材广泛使用硅材料，已占全世界太阳能光伏电池基材的95%以上。在太阳能光伏电池工业中，硅材料按照其生产工艺的不同，可以是单晶硅、多晶硅或非晶硅。图3-1所示是不同硅材料的结构示意图。

（3）能级和能带

原子的壳层模型认为原子的中心是一个带正电荷的核，核外存在着一系列不连续的、由电子运动轨道构成的壳层，电子只能在壳层里绕核转动。稳定状态每个壳层里运动的电子具有一定的能量状态，所以一个壳层相当于一个能量等级，称为能级。通常用n、l、m、ms 4个量子数来描述电子运动的状态。电子在壳层中的分布，需满足如下两个基本原理。

① 泡利不相容原理（Pauli’s exclusion principle）　原子中不可能有两个或两个以上的电子处于4个量子数都相等的同一运动状态中。

② 能量最小原理　原子中每个电子都有优先占据能量最低的空能级的趋势。电子在原子核周围转动时，每一层轨道上的电子都有确定的能量，最里层轨道的能量最低，第二层轨道具有较大的能量，越是外层的电子受原子核的束缚越弱，从而能量逐渐增大。

在一个孤立的原子中，电子只能在各个允许的轨道上运动，不同轨道的电子能量是不同的。在晶体中，原子之间的距离很近，相邻原子的电子轨道相互重叠，重叠壳层的电子不再属于原来的原子独有，可通过量子数相同且又互相重叠的壳层转移到相邻的原子上去，属于整个晶体所有，这就是晶体的共有化运动。共有化运动的结果就使得与轨道相对应的能级就不是如图3-2所示的单一的电子能级，而是分裂成为能量非常接近但又大小不同的许多电子能级。这些由许多条能量相差很小的电子能级所组成的区域看上去像一条带子，因而称为能带。每层轨道都有一个对应的能带，图3-2示意地画出了原子共有化运动使能级分裂为能带的情况。其中，图3-2（a）为孤立原子及其对应壳层的能级图，图3-2（b）表示N个原子共有化后，能级分裂为2N个能态。

（4）允带、禁带、价带和导带

能带中有很多分立的能级。电子不存在具有两层轨道中间的能量状态，即电子只能停留在所对应能带的能级上，这些可为电子占据的能带称为允带。在能带与能带间的区域是不允许电子停留的，称为禁带。被电子填满的能带，即能带中每一个能级上都有两个电子，这时电子即使受到外电场的作用，因为没有空的能级，不可能从低能级跳跃到高能级去参加导电运动。这种已被电子填满的能带，称为满带或价带。有的能带只有一部分能级上有电子，还有一部分没有电子，能级是空的。这样，在外界电场作用下，电子就会从下面的能级跳跃到上面的空能级参加导电运动。这种未被电子填满的能带或空带，就称为导带。

（5）导体、半导体和绝缘体的能带图

图3-3（a）、（b）、（c）分别为导体、半导体和绝缘体的能带图。如图3-3（b）所示，价电子要从价带越过禁带跳跃到导带去参加导电运动，必须从外界获得一个至少等于Eg的附加能量，Eg的大小就是导带底部与价带顶部之间的能量差，称为禁带宽度或带隙，其单位为电子伏（eV），1eV=1.6022×10-19J。例如，硅的禁带宽度在室温下为1.119eV，就是说由外界给予价带里的电子1.119eV的能量，电子就有可能越过禁带跳跃到导带里，晶体就会导电。

导体与半导体的区别在于它在一切条件下都具有良好的导电性，其导带和价带重叠在一起，不存在禁带，即使温度接近0K，电子在外电场的作用下照样可以参加导电。而半导体存在十分之几电子伏到4eV的禁带宽度。在0K时电子充满价带，导带是空的，此时与绝缘体一样不能导电。当温度高于0K时，晶体内部产生热运动，使价带中少量电子获得足够的能量，跳跃到导带，这个过程称为激发，这时半导体就具有一定的导电能力。激发到导带的电子数目是由温度和晶体的禁带宽度决定的。温度越高，激发到导带的电子数目越多，导电性越好；温度相同，禁带宽度小的晶体，激发到导带的电子数目就越多，导电性就好。而半导体与绝缘体的区别则在于禁带宽度不同。绝缘体的禁带宽度比较大，一般为5～10eV，在室温时激发到导带上的电子数目非常少，因而其电导率很小；由于半导体的禁带宽度比绝缘体小，所以在室温时有相当数量的电子会跳跃到导带上去。

（6）本征半导体与杂质半导体

① 本征半导体　将晶格完整且不含杂质的半导体称为本征半导体。图3-4所示为纯净硅本征半导体的晶体结构，图中正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。在正常情况下，每一个带正电荷的硅原子旁边都围绕着四个带负电荷的价电子，半导体处于相对稳定的状态。

半导体在0K时电子填满价带，导带是空的，不能导电。但是半导体处于0K是一个特例。在一般情况下，由于温度的影响，价电子在热激发下有可能克服原子的束缚而跳跃出来，使其价键断裂，这个电子离开原来位置在整个晶体中活动。与此同时，在价键中留下一个空位，称为空穴，如图3-5所示。空穴可以被相邻满键上的电子填充而出现新的空穴。这样，空穴不断被电子填充，又不断产生新的空穴，结果形成空穴在晶体内的移动。空穴可以被看成是一个带正电的粒子，其所带的电荷与电子相等，但符号相反。这时自由电子和空穴在晶体内的运动都是无规则的，因而并不产生电流。如果存在电场，自由电子将沿着与电场方向相反的方向运动而产生电流。

② 杂质半导体　为了获得所需要特殊性能的材料，人为地将某种杂质加到半导体材料中去的过程，叫作掺杂。如可以向纯净硅晶体中掺入硼、磷等来改变其特性，半导体材料的性能在很大程度上取决于其所含有的杂质的种类和数量。

这里所指的杂质是有选择的，其数量也一定。例如，在纯净的硅中掺入少量的5价元素磷，这些磷原子在晶格中取代硅原子，并用它的4个价电子与相邻硅原子进行共价结合。磷有5个价电子，用去4个，还剩1个，这个多余的价电子虽然没有被束缚在价键里，但仍受到磷原子核正电荷的吸引。但这种吸引力很弱，只要用约0.04eV这样少的能量，就可使其脱离磷原子到晶体内成为自由电子，从而产生电子导电运动（如图3-6所示）；同时，磷原子由于缺少1个电子而变成带正电的磷离子。由于磷原子在晶体中起施放电子的作用，所以把磷等5价元素称为施主型杂质，也叫作N型（negative）杂质。掺有5价元素，电子数目远远大于空穴数目，所以导电主要由自由电子决定，其导电方向与电场方向相反的半导体，叫作电子型或N型半导体。

如果在纯净的硅中掺入少量3价元素硼，其原子只有3个价电子，当硼和相邻的4个硅原子作共价键结合时，还缺少1个电子，所以要从其中1个硅原子的价键中获取1个电子来填补。这样，就在硅中产生了1个空穴，而硼原子则由于接受了1个电子而成为带负电的硼离子（如图3-7所示）。硼原子在晶体中起接受电子而产生空穴的作用，所以叫作受主型杂质，也叫作P型（positive）杂质。掺有3价元素，空穴数目远远超过电子数目，导电主要由空穴决定，导电方向与电场方向相同的半导体，叫作空穴型或P型半导体。

（7）载流子的产生与复合

导体、半导体中电流的载体称为载流子。在半导体中，载流子包括导带中的电子和价带中的空穴。半导体的导电性能与载流子的数目有关，单位体积的载流子数目叫作载流子的浓度。半导体载流子浓度随其中杂质的含量和外界条件（如加热、光照等）而显著变化。

由于晶格的热运动，电子不断从价带被激发到导带，形成一对电子和空穴，这就是载流子产生的过程。在不存在外电场时，由于电子和空穴在晶格中的运动是没有规则的，所以在运动中电子和空穴常常碰在一起，即电子跳到空穴的位置上把空穴填补掉，这时电子和空穴就随之消失。这种半导体中的电子和空穴在运动中相遇而造成的消失并释放出多余的能量的现象，称为载流子复合。

在一定的温度下，半导体内不断产生电子和空穴，电子和空穴不断复合，如果没有外表的光和电的影响，那么单位时间内产生和复合的电子与空穴即达到相对平衡，称为平衡载流子。这种半导体的总载流子浓度保持不变的状态，称为热平衡状态。在这种情况下，电子浓度和空穴浓度的乘积等于本征半导体载流子浓度。对于每种材料，本征半导体载流子浓度取决于温度，只要温度一定，则电子浓度和空穴浓度的乘积即是一个与掺杂无关的常数。

在外界因素的作用下，例如N型硅受到光照时，价带中的电子吸收光子能量跳入导带（这种电子称为光生电子），在价带中留下等量空穴（这一现象称为光激发），电子和空穴的产生率就大于复合率。这些多于平衡浓度的光生电子和空穴称为非平衡载流子或过剩载流子。这种由于外界条件改变而使半导体产生非平衡载流子的过程，称为载流子注入。载流子的注入方法有多种，用适当波长的光照射半导体使之产生非平衡载流子，叫光注入。

（8）载流子的输运

载流子的输运就是指通过载流子的运动来传输电荷、能量、热量等的过程。其输运模式有两种：漂移运动和扩散运动。漂移是电场的牵引作用，扩散是浓度梯度的驱动作用。

① 漂移运动　半导体在外加电场的作用下，在载流子的热运动上将叠加一个附加的速度，称为漂移速度。对于电子，漂移速度与电场反向；对于空穴，漂移速度与电场同向。这样，电子和空穴就有一个净位移，而形成电流。

② 扩散运动　由微粒的热运动而产生的物质迁移现象称扩散。扩散在气相、液相和固相物质内部均可发生，也可发生在不同相的物质之间。在同一相物质内的扩散主要是由密度差引起的，粒子从浓度高处往浓度低处扩散，直到各部分相同为止。浓度差越大、微粒质量越小、温度越高，其扩散速度越快。半导体中的载流子因浓度不均匀而引起的从浓度高处向浓度低处的迁移运动，称为扩散运动。扩散运动和漂移运动不同，它不是由电场力的作用产生的，而是在半导体载流子浓度不均匀的情况下载流子无规则的热运动的自然结果。

（9）P-N结

在一块半导体晶体上，通过某些工艺过程使一部分呈N型，一部分呈P型，则该P型和N型半导体界面附近的区域就叫作P-N结，如图3-8所示。此时，由于交界面处存在电子和空穴的浓度差，N型区中的多数载流子电子要向P型区扩散，P型区中的多数载流子空穴要向N型区扩散。扩散后，在交界面的N区一侧留下带正电荷的离子施主，形成一个正电荷区域；同理，在交界面的P区一侧留下带负电荷的离子受主，形成一个负电荷区，这样，就在N型区和P型区交界面的两侧形成一侧带正电荷而另一侧带负电荷的一层很薄的区域，称为空间电荷区，即通常所说的P-N结。由浓度差形成的扩散电子流组成电子扩散电流，由浓度差形成的扩散的空穴流组成空穴扩散电流。扩散电流包括电子扩散电流和空穴扩散电流两部分。在P-N结内有一个从N区指向P区的电场，由于它是由P-N结内部电荷产生的，因而称其为内建电场。由于存在内建电场，在空间电荷区内将产生载流子的漂移运动，使电子由P区拉回N区，空穴由N区拉向P区，其方向与扩散运动的方向相反。这样，开始时扩散运动占优势，空间电荷区两侧的正负离子和正负电荷逐渐增加，空间电荷区逐渐加宽，内建电场逐渐增强。但随着内建电场的增强，漂移运动也逐渐增强，扩散运动开始减弱，最后扩散运动和漂移运动趋向平衡，扩散运动不再发展，空间电荷区的厚度不再增加，内建电场不再增强，这时扩散和漂移的载流子数目相等而运动方向相反，达到动态平衡。在动态平衡状态时，内建电场两边的电势不等，N区比P区高，存在着电势差，称为P-N结势垒，也称为内建电势差或接触电势差，用符号U表示。由电子从N区流向P区可知，P区对于N区的电势差为负值。由于P区相对于N区具有电势-U（取N区电势为0），所以P区中所有电子都具有一个附加电势能，其值为

电势能=电荷×电势=（-q）×（-U）=qU

qU通常称为势垒高度。势垒高度取决于N区和P区的掺杂浓度，掺杂浓度越高，势垒高度就越高。

① I-U特性　实验表明，P-N结中的电压和电流满足式（3-1）所示的函数关系：

ID=I0（eqU/KT-1）

（3-1）

式中　q——电子电荷，1.6×10-19C；

K——波尔兹曼常数，1.38×10-23J/K；

T——热力学温度，K；

I0——P-N结的反向饱和电流，A。这是个和外加电压无关的量，其值大小只与载流子的浓度、扩散情况等因素有关。当P-N结制成后基本上就是一个只与温度有关的一个系数。

显然，q/KT在某一温度下是一个具体的数值。如温度为25℃时，q/KT≈26mV，若在此温度下二极管的外施电压U满足U>>26mV，则有

eqU/KT>>1

（3-2）

故

ID≈I0eqU/KT

（3-3）

即P-N结中的电压和电流为指数关系，表现为在正向电压作用下，二极管端压略为增加，电流就会增加很多。

若此时二极管反接，U为负数，且其绝对值较26mV大得多时，则有

e-qU/KT<<1

（3-4）

故

ID≈-I0

（3-5）

表明此时流过P-N结的电流基本为一个常数，即反向饱和漏电流，其值大小与外施反向电压数值大小无关。

② 能带模型　P-N结的形成情况可以用能带图表示。能带图是一种理论模型，用它来讨论半导体导电过程及有关特性非常方便。通常用EC表示导带底，EV表示价带顶，Eg表示禁带的宽度。对硅基半导体而言，每个硅原子都有价电子，通常情况下这些价电子被原子核吸引而不能随意离去。若给予某个价电子的能量等于或大于Eg，价电子便可脱离原子核的束缚成为自由电子，可以在整个晶体中起传导电流的作用，则称这个价电子进入了导带。如图3-9所示为三种类型半导体的能带图，容易想到，在导带和价带中间不会存在电子，因为能量小于Eg时电子不会脱离束缚，所以这一区域称为禁带。电子吸收了Eg的能量后被激发到导带中，在价带区域则留下了一个空穴。当然空穴也能传输电流，由于其所带电荷为正电荷，所以空穴电流的方向与电子电流的方向相反。

半导体能带模型中还有一个很重要的物理概念叫费米能级，用Ef表示，它表征的是电子和空穴在导带和价带中的填充水平。对本征半导体而言，一个电子从价带激发到导带，在价带中留下一个空穴，所以半导体中电子数与空穴数整体相当，Ef处于禁带中央。而在掺杂半导体中，如N型半导体中的载流多子为电子，这些电子进入导带所需的能量远远小于Eg，并且不会在价带中产生空穴，所以在导带中有很多自由电子，因此其费米能级Efn向导带附近靠近，说明N型半导体中电子填充水平很高。而对P型半导体，费米能级Efp则向价带附近靠近，说明P型半导体中空穴填充水平很高。

当两种半导体紧密接触时，电子将从费米能级高处向低处流动，空穴则正相反。在由N区指向P区的电场影响下，Efn连同整个N区能带下移，Efp连同整个P区能带上移，价带和导带弯曲形成势垒，直到Efn=Efp时停止移动，达到平衡。

在形成平衡P-N结的半导体中有统一的费米能级Ef，如图3-10所示。P-N结的势垒高度qUD=Efn-Efp，其中UD为P区和N区之间的接触电位差。

3.1.2　光生伏打效应

当P-N结处于平衡状态时，在P-N结处有一个耗尽区，其中存在着势垒电场，该电场的方向由N区指向P区，如图3-11（a）所示为硅基P-N结的平衡状态。它对两边的多数载流子是势垒，阻挡其继续向对方扩散；但它对两边的少数载流子（如N区中的空穴和P区中的电子）却有牵引作用，能把它们迅速拉拽到对方区域。只是在平衡稳定状态时，由于少数载流子极少，难以构成电流，输出电能。

当具有一定能量的光照射到半导体上时，能量大于硅禁带宽度的光子，穿过减反射膜进入硅基半导体，在N区、空间电荷区、P区中将激发出大量处于非平衡状态的光生电子-空穴对（即光生载流子）。一个光子可在半导体中产生一个电子-空穴对，一定温度下的电子-空穴对数取决于该温度下的自由电子数目。激发产生的电子-空穴有一个重新复合的自发倾向，即把吸收的能量释放出来，重新恢复平衡位置。所以要达到实现光电转换的目的，就必须在电子和空穴复合之前，把它们分开，使它们不再聚合。这种分离作用主要依靠P-N结空间电荷区的“势垒”来实现。

光生电子-空穴对在耗尽区产生后，立即被内建电场分离，光生电子被推向N区，光生空穴被推向P区。在N区中光生电子-空穴对向P-N结的边界扩散，一旦到达耗尽区的边界，便立即受到内建电场的作用，推进P区，而光生电子则被留在N区。P区中的光生电子（少子）则同样先扩散，后在电场力的作用下被推入N区，光生空穴则留在P区。

因此N区有过剩的电子，P区有过剩的空穴，如此便在P-N结两侧形成了正负电荷的积累，产生与势垒电场方向相反的光生电动势，如图3-11（b）所示，这就是硅基P-N结的“光生伏打效应（photovoltaic effect）”。

当以硅基半导体做成的光电池外接负载后，光电流从P区经负载流至N区，负载即得到功率输出。这样，太阳的光能就直接变成了使用便捷的电能。如图3-12所示。

当外电路开路时，光生伏打电动势Uoc即为光照射时的开路电压，其大小往往等于半导体禁带宽度的1/2左右。例如使用禁带宽度为1.1eV的硅基材料制成的太阳能光伏电池的开路电压大约为0.45～0.6V。太阳能光伏电池接上负载RL后，被P-N结势垒分开的光生载流子中，有一部分把能量消耗于降低P-N结的势垒上，也即用于建立工作电压，而剩余光生载流子则用于产生光生电流。

3.1.3　太阳能光伏电池工作过程

（1）太阳能光伏电池工作的前提条件

从上述硅基半导体光生伏打效应过程的分析可以看出，太阳能光伏电池的工作至少应具有以下几个前提条件。

① 必须有光的照射。

② 入射光子必须具有足够的能量，注入半导体后要能激发出电子-空穴对，这些电子-空穴必须具有足够长的寿命，确保在它们被分离前不会自行复合消失。

③ 必须有一个势垒电场存在。在势垒电场作用下电子-空穴对被分离，电子集中在一边，空穴集中在另一边。绝大部分太阳能光伏电池利用P-N结势垒区的静电场达到实现分离电子-空穴对的目的，所以P-N结可以称为是太阳能光伏电池的“心脏”。

④ 被分离的电子和空穴，经电极收集输出到电池体外形成电流。

为此，可把太阳能光伏电池将光能转换成电能的工作过程用图3-13来示意，而且可以利用前面提到的能带模型进一步分析太阳能光伏电池不同的工作状态。

（2）太阳能光伏电池四种典型工作状态

① 无外部光照，处于平衡状态　此时，太阳能光伏电池的P-N结能带图如图3-14（a）所示，因为有统一的费米能级Ef，势垒高度为qUD=Ef n-Ef p。

② 稳定光照，输出开路　此时，太阳能光伏电池的P-N结处于非平衡状态，光生载流子积累形成的光电压使P-N结正偏，费米能级发生分裂，如图3-14（b）所示。因为电池输出处于开路状态，故费米能级分裂的宽度等于qUoc，剩余的结势垒高度为q（UD-Uoc）。

③ 稳定光照，输出短路　原来在太阳能光伏电池P-N结两端积累的光生载流子通过外电路复合，光电压消去，势垒高度为qUD，如图3-14（c）所示。各区中的光生载流子被内建电场分离，源源不断流进外电路，形成短路电流Isc。

④ 稳定光照，外接负载　此时，一部分光电流在负载上建立的电压为U，而另一部分光电流与P-N结电压在电压U的正向偏压下形成的正向电流相抵消，如图3-14（d）所示。费米能级分离的宽度正好等于qU，而这时剩余的结势垒高度为q（UD-U）。

3.1.4　太阳能光伏电池的基本结构

不同基体材料和生产工艺的太阳能光伏电池，尽管基本原理相同，但结构差异很大。下文以硅太阳能光伏电池为例介绍太阳能光伏电池的基本结构。

（1）基本结构

硅太阳能光伏电池外形有圆形和方形两种，如图3-15所示为一个以P型硅材料为基底制成的N+/P型太阳能光伏电池结构示意图。P层为基体材料，称为基区层，简称基区，厚度为0.2～0.5mm。P层上面是N层，又称为顶区层，简称顶层。它是在基体材料的表面层用高温掺杂扩散的方法制成的，因此也称其为扩散层。由于它通常是重度掺杂的，常标记为N+，N+层的厚度为0.2～0.5μm。扩散层处于电池的正面，也就是光照面，P层和N层的交界面处是P-N结。扩散层上分布有与其形成良好电气接触的上电极，上电极由母线和若干条栅线组成，栅线的宽度一般为0.2mm左右，栅线通过母线连接起来，母线宽为0.5mm左右，具体尺寸视单体电池的面积而定。上电极采用栅状电极后，转换效率可以提高1.5%～2%。基体下有与其形成欧姆接触的下电极，上下电极均由金属材料制成，并焊接有银丝作为引线，其功能是引出光生电流。为了减少对入射光的反射，在电池表面上一般还蒸镀一层天蓝色的二氧化硅或其他材料的减反射膜，其功能是减少光的反射，使电池接受更多的光。减反射膜能使电池对有效入射光的吸收率达到90%以上，并使太阳能光伏电池的短路电流增加25%～30%。

就具体产品而言，太阳能光伏电池一般可以制成P+/N型或N+/P型两种结构，如图3-16所示。其中，第一个符号，即P+和N+，表示光伏电池正面光照层导体材料的导电类型；第二个符号，即N和P，表示光伏电池背面衬底，即基体半导体材料的导电类型。

（2）太阳能光伏电池的极性

太阳能光伏电池的电性能与制造电池所用半导体材料的特性有关。在太阳光照射时，太阳能光伏电池输出电压的极性规律是P型一侧电极为正，N型一侧电极为负。

当太阳能光伏电池作为电源与外电路连接时，它必须处于正向状态下工作。当太阳能光伏电池与其他电源联合使用时，如果外电源的正极与太阳能光伏电池的P电极连接，负极与太阳能光伏电池的N电极连接，则外电源向太阳能光伏电池提供正向偏压；如果外电源的正极与太阳能光伏电池的N电极连接，负极与太阳能光伏电池的P电极连接，则外电源向太阳能光伏电池提供反向偏压。

通过对太阳能光伏电池工作原理的介绍可以看出，太阳能光伏电池直接把日照能量变成电能。这一过程只涉及到半导体器件的静止运用，没有宏观运动的粒子，也不涉及到热运动工质，因此不存在传统发电设备由于透平、旋转等机械运动所引起的噪声问题，也不存在由于使用工质而引起的锈蚀和泄漏问题。可以这么讲，就其原理而言，太阳能光伏电池是迄今为止最美妙、最长寿和最可靠的发电装置，随着其制造成本的不断降低，太阳能的光电转换必将会得到更为广泛的应用。