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太陽能儲能鋰電池的結(jié)構(gòu)和工作原理

2023-02-10

光可以分為不同的波長，我們可以透過彩虹看到。由于入射到電池上的光的光子能量范圍非常寬，一些光子沒有足夠的能量來形成電子-空穴對。它們只是穿過電池，就像電池是透明的一樣。但其他一些光子非常有能量。只有當(dāng)達到一定的能量（電子伏特（eV），這取決于電池材料（約1.1eV的晶體硅））時，電子才能逃逸。我們稱這個能量值為材料的帶隙能量。如果光子的能量大于所需的能量，則多余的能量將丟失（除非光子的能量是所需能量的兩倍，這可以產(chǎn)生多個電子-空穴對，但這種效應(yīng)并不重要）。僅這兩種效應(yīng)將導(dǎo)致電池中約70%的輻射能量損失。

為了使用更多的光子，我們?yōu)槭裁床贿x擇一種帶隙非常低的材料呢？不幸的是，帶隙也決定了電場強度（電壓）。如果帶隙太低，在增加電流（通過吸收更多電子）的同時，會損失一定的電壓。記住，功率是電壓和電流的乘積。佳帶隙能量必須能夠平衡這兩種效應(yīng)。對于由單一材料制成的電池，該值約為1.4電子伏特。

我們還有其他能量損失。電子必須通過外部電路從電池的一側(cè)流向另一側(cè)。我們可以在電池底部鍍上一層金屬，以確保良好的導(dǎo)電性。然而，如果我們用金屬完全覆蓋電池頂部，光子將無法通過不透明導(dǎo)體，從而失去所有電流（在某些電池中，透明導(dǎo)體僅在頂部表面使用，而不是在所有位置）。如果我們只在電池的兩側(cè)設(shè)置觸點，電子需要經(jīng)過很長的距離才能到達觸點。要知道，硅是一種半導(dǎo)體，它的電流傳輸性能不如金屬。其內(nèi)部電阻（稱為串聯(lián)電阻）相當(dāng)高，高電阻意味著高損耗。為了大限度地減少這些損失，電池被金屬接觸網(wǎng)覆蓋，這可以縮短電子移動的距離，只覆蓋電池表面的一小部分。即使如此，一些光子也會被網(wǎng)格阻擋。電網(wǎng)不能太小，否則其電阻會太高。

在實際使用電池之前，還需要采取其他幾個步驟。硅是一種有光澤的材料，這意味著它具有良好的反射財產(chǎn)。反射的光子不能被電池使用。因此，電池頂部的抗反射涂層可以將反射損耗降低到5%以下。

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