太陽能發電是什麼原理?

太陽能發電原理電將光轉成電，太陽能電池又稱為「太陽能晶片」或光電池，是一種利用太陽光直接發電的光電半導體薄片。它只要被光照到，瞬間就可輸出電壓及電流。在物理學上稱為太陽能光伏（Photovoltaic，photo 光，voltaics 伏特，縮寫為PV），簡稱光伏。

太陽能電池發電是根據特定材料的光電性質製成的。黑體(如太陽)輻射出不同波長(對應於不同頻率)的電磁波， 如紅、紫外線，可見光等等。當這些射線照射在不同導體或半導體上，光子與導體或半導體中的自由電子作用產生電流。射線的波長越短，頻率越高，所具有的能量就越高，例如紫外線所具有的能量要遠遠高於紅外線。但是並非所有波長的射線的能量都能轉化為電能，值得注意的是光電效應於射線的強度大小無關，只有頻率達到或超越可產生光電效應的閾值時，電流才能產生。能夠使半導體產生光電效應的光的最大波長同該半導體的禁带寬度相關，譬如晶體硅的禁带寬度在室溫下約為1.155eV，因此必須波長小於1100nm的光線才可以使晶體硅產生光電效應。 太陽電池發電是一種可再生的環保發電方式，發電過程中不會產生二氧化碳等溫室氣體，不會對環境造成污染。按照製作材料分為硅基半導體電池、CdTe薄膜電池、CIGS薄膜電池、染料敏化薄膜電池、有機材料電池等。其中硅電池又分為單晶電池、多晶電池和無定形硅薄膜電池等。對於太陽電池來說最重要的參數是轉換效率，目前在實驗室所研發的硅基太陽能電池中，單晶硅電池效率為25.0%，多晶硅電池效率為20.4%，CIGS薄膜電池效率達19.6%，CdTe薄膜電池效率達16.7 %，非晶硅（無定形硅）薄膜電池的效率為10.1%。
太陽電池是一種可以將能量轉換的光電元件，其基本構造是運用P型與N型半導體接合而成的。半導體最基本的材料是「矽」，它是不導電的，但如果在半導體中摻入不同的雜質，就可以做成P型與N型半導體，再利用P型半導體有個空穴(P型半導體少了一个带负电荷的电子，可视为多了一个正电荷)，與N型半導體多了一個自由電子的電位差來產生電流，所以當太陽光照射時，光能將矽原子中的電子激發出來，而產生電子和空穴的對流，這些電子和空穴均會受到內建電位的影響，分別被N型及P型半導體吸引，而聚集在兩端。此時外部如果用電極連接起來，形成一個迴路，這就是太陽電池發電的原理。

簡單的說，太陽光電的發電原理，是利用太陽電池吸收0.4μm～1.1μm波長(針對矽晶)的太陽光，將光能直接轉變成電能輸出的一種發電方式。

由於太陽電池產生的電是直流電，因此若需提供電力給家電用品或各式電器則需加裝直/交流轉換器，換成交流電，才能供電至家庭用電或工業用電。


圖片參考：http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/90/Solar_cell.png


圖片參考：http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4e/Solar_cell_%E5%A4%AA%E9%99%BD%E8%83%BD%E6%9D%BF.jpg

太陽能電池板正好是應用光電效應原理於電力生產上。陽光照射到金屬的表面上時，部份光子會擊中金屬原子，光子的部份能量轉化為提升原子外層電子的位能，使該電子從原子中遊離出來，另一部份能量則轉化為該電子從原子中飛脫出來的動能。遊離出來的電子具有負電場，在導體之內形成負電壓，故此會流向電位相對較高(又即負值較低)的區域，若能夠適當地將之加以調控，即可以做成供人類應用的電能