光電池（photovoltaic cell，注意photocell一般指光敏電阻），是一種在光的照射下產生電動勢的半導體元件。它是是能在光的照射下產生電動勢的元件。用於光電轉換、光電探測及光能利用等方面。
基本介紹
- 中文名：光電池
- 外文名：photovoltaic cell
- 性質：半導體元件
- 特點：光的照射下產生電動勢
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基本釋義
光電池是能在光的照射下產生電動勢的元件。用於光電轉換、光電探測及光能利用等方面。人們最早發現和套用的是硒光電池。它的原理是硒在光作用下產生電子被電極收集而產生電動勢。後來又發現和套用了各種半導體材料的光電池，如矽光電池、硫化銀電池等。它的原理是半導體的p-n結在光的作用下產生新的電子-空穴對，電子和空穴在p-n結電場的作用下移動到結的兩邊形成附加電勢差。
原理
光電池也叫太陽能電池，直接把太陽光轉變成電。因此光電池的特點是能夠把地球從太陽輻射中吸收的大量光能轉化換成電能。是一種在光的照射下產生電動勢的半導體元件。光電池的種類很多，常用有硒光電池、矽光電池和硫化鉈、硫化銀光電池等。主要用於儀表，自動化遙測和遙控方面。有的光電池可以直接把太陽能轉變為電能，這種光電池又叫太陽能電池。太陽能電池作為能源廣泛套用在人造地球衛星、燈塔、無人氣象站等處
光伏發電是利用半導體pn結（pn junction）的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能的一種技術。這種技術的關鍵元件是太陽能電池(solar cell)。太陽能電池經過串聯後進行封裝保護可形成大面積的太陽電池組件（module），再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發電裝置。光伏發電的優點是較少受地域限制，因為陽光普照大地;光伏系統還具有安全可靠、無噪聲、低污染、無需消耗燃料和架設輸電線路即可就地發電供電及建設周期短的優點。光伏發電是根據光生伏特效應原理， 當P-N結受光照時，樣品對光子的本徵吸收和非本徵吸收都將產生光生載流子。但能引起光伏效應的只能是本徵吸收所激發的少數載流子。因P區產生的光生空穴，N區產生的光生電子屬多子，都被勢壘阻擋而不能過結。只有P區的光生電子和N區的光生空穴和結區的電子空穴對（少子）擴散到結電場附近時能在內建電場作用下漂移過結。光生電子被拉向N區，光生空穴被拉向P區，即電子空穴對被內建電場分離。這導致在N區邊界附近有光生電子積累，在P區邊界附近有光生空穴積累。它們產生一個與熱平衡P-N結的內建電場方向相反的光生電場，其方向由P區指向N區。此電場使勢壘降低，其減小量即光生電勢差，P端正，N端負。於是有結電流由P區流向N區，其方向與光電流相反。如果這時分別在P型層和N型層焊上金屬導線，接通負載，則外電路便有電流通過，如此形成的一個個電池元件，把它們串聯、並聯起來，就能產生一定的電壓和電流，輸出功率。
工作原理
工作原理結構
光電池是一種特殊的半導體二極體，能將可見光轉化為直流電。有的光電池還可以將紅外光和紫外光轉化為直流電。光電池是太陽能電力系統內部的一個組成部分，太陽能電力系統在替代電力能源方面正有著越來越重要的地位。最早的光電池是用摻雜的氧化矽來製作的，摻雜的目的是為了影響電子或空穴的行為。其它的材料，例如CIS，CdTe和GaAs，也已經被開發用來作為光電池的材料。有二種基本類型的半導體材料，分別叫做正電型（或P型態）和負電型（或N型態）。在一個PV電池中，這些材料的薄片被一起放置，而且他們之間的實際交界叫做P-N結。通過這種結構方式，P-N結暴露於可見光，紅外光或紫外線下，當射線照射到P-N結的時候，在P-N結的兩側產生電壓，這樣連線到P型材料和N型材料上的電極之間就會有電流通過。 一套PV電池能被一起連線形成太陽的模組，行列或面板。用來產生可用電能的PV電池就是光電伏特計。光電伏特計的主要優點之一是沒有污染，只需要裝置和陽光就可工作。另外的一個優點是太陽能是無限的。一旦光電伏特計系統被安裝，它能提供在數年內提供能量而不需要花費，並且只需要最小的維護。
特點
光伏發電設備極為精 煉,可靠穩定壽命長、安裝維護簡便。單晶矽電池具有電池轉換效率高，穩定性好，但是成本較高；非晶矽太陽電池則具有生產效率高，成本低廉，但是轉換效率較低，而且效率衰減得比較厲害；鑄造多晶矽太陽能電池則具有穩定得轉換的效率，而且性能價格比最高；薄膜晶體矽太陽能電池則還只能處在研發階段。
分類
電源
直流電源可以分為電流電源，電壓電源，光電池的特性很接近理想電流電源的特性，可以認為是理想電流電源。
電池
A. 單層光電池（Single-layer Solar Cell）：
光電池像“三明治（Sandwich)"，外兩層是保護層，中間的一層是主體，由
矽（Silicon）物質組成。
矽原子中的“外層繞軌電子 (Orbit electron)”比較鬆動，易被「擊 (Bombard)」出。
這和用矽製造「半導體（電晶體)」的考慮是一樣的。再就是「矽」到處都是，
便宜，而且“物性”穩定。
光（Light）是由「光子 (Photon)」連續不斷自太陽（Sun）射來。
白光中有「紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫 」 7 色頻率（Frequency）的
“成份光 (component light) ”。現今商用「光電池」所依賴的是「紅光頻率」。
光電池的表面，只讓「紅色光通過」，將他色光一律反射出去。
「紅光子(Red light Photon)」將“矽”中的「外軌電子 (Orbit Electron)」
釋出，由一導線引至轉換器（Inverter*）中，直流電 變成交流電
(Alternating Current)。這種 交流電 與電力公司的 供電一樣，可以「照明」、
「熱水」、「烹飪」等用。
* 即 “整流器 (Rectifier)”的對等裝置。整流器 可將 交流電 變成 直流電。
日間每家「產生」的電用不完，賣回給電力公司。晚間沒有電，向電力公司買！
這樣，屋頂裝有「光電池」的家庭，每月只付有限的電費。家居負?大為減輕。
B. 多層光電池（Multi-layer Solar Cell）：
單只用一個頻率的光電池之效率很低。送至 Mars 火星上的 Mover 用的就是這種多層光電池（Multi-layer Solar Cell）三年多了，運轉仍好。
用途
光伏發電產品主要用於三大方面：一是為無電場合提供電源，主要為廣大無電地區居民生活生產提供電力，還有微波中 繼電源、通訊電源等，另外，還包括一些移動電源和備用電源；二是太陽能日用電子產品，如各類太陽能充電器、太陽能路燈和太陽能草坪燈等；三是併網發電，這 在已開發國家已經大面積推廣實施。我國併網發電還未起步，不過，2008年北京奧運會部分用電將會由太陽能發電和風力發電提供。
案例
太陽能電池將太陽光能直接轉化為電能。不論是獨立使用還是並 網發電,光伏發電系統主要由太陽能電池板（組件）、控制器和逆變器三大部分組成，它們主要由電子元器件構成，不涉及機械部件。理論上講,光伏發電技術可以用於任何需要電源的場合,上至太空飛行器,下至家用電源,大到兆瓦級電站,小到玩具,光伏電源無處不在。以晶體矽材料製備的太陽能電池主要包括：單晶矽、多晶矽、非晶矽和薄膜電池等。鑄造多晶矽太陽能電池已經取代直拉單晶矽成為最主要的光伏材料。但是鑄造多晶矽太陽能電池的轉換效率略低於直拉單晶矽太陽能電池，材料中的各種缺陷，如晶界、位錯、微缺陷，和材料中的雜質碳和氧，以及工藝過程中玷污的過渡族金屬被認為是電池轉換效率較低的關鍵原因，因此關於鑄造多晶矽中缺陷和雜質規律的研究，以及工藝中採用合適的吸雜，鈍化工藝是進一步提高鑄造多晶矽電池的關鍵。量產的單晶矽電池轉換效率在17%左右，多晶矽電池轉換效率在16%左右。而薄膜電池量產的轉換效率為10%左右。
太陽電池的等效電路
太陽電池的等效電路