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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 专业学科区 » 物理 » 【交流】太阳能电池原理新解
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Solarize

木虫 (正式写手)
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现在就很容易理解，同为pn结，为什么二极管没有输出，太阳能电池有输出。是因为环境温度作用于二极管（电偶）时，对两个结的作用完全一样，两个结之间没有温差。而光线作用于太阳能电池（电偶）时，光子只作用于其中一个结----整流结。（从太阳能电池的结构可知）
[img]http://pic.emuc ...

能够说说二极管和太阳电池的本质区别吗？

想证明自己的推理正确，就需要更多的理论背景知识，这样大家才容易信服你的推理。仅仅是想迫使别人相信你的推理，是不会有作用的。

任何一个理论，要站住脚，都要经过反复论证，否则就成了民科。
也许你的推理以后能写进教科书，但是首先还是要给出更深入的理解。例如，定量比较一下热激发和光激发下的载流子的浓度，和复合速度等等。

看看半导体物理与器件方面的知识就很清楚，温度会有影响，但是温度效应带来的变化很小，在较强注入条件下，可以忽略不计。正因为温度效应不明显，简单讨论时不予考虑。实际上还有很多其它因素，在解释pn结合太阳电池时，都没有考虑。但是，你问问做仿真模拟的人，他们是要考虑这些因素的。

反问你几个问题，在开路时，太阳电池上的开路电压是怎么建立的？按你的说法这个整流结是放热的，那么热是哪来的？（这种情况下没有欧姆结吸热）

[ Last edited by Solarize on 2010-5-9 at 16:32 ]
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11楼2010-05-09 14:15:59
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M.K

木虫 (正式写手)
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Originally posted by 伏忠坤 at 2010-05-09 12:42:42:

   谢谢您的评论和参与!
    当把PN结引线短接时,这就是一个闭合回路.任何一个闭合回路的自建电场矢量和为0.所以欧姆结自建场和整流结自建场反向等高!
    热激发的同时还有复合达到平衡态---------本文的目的 ...

建议楼主看看爱因斯坦关于自发辐射的半唯象理论，
光照产生载流子的速率要远远大于复合速率，
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魔鬼的孩子自有魔鬼的好运
12楼2010-05-09 14:45:53
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伏忠坤

新虫 (小有名气)
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Originally posted by Solarize at 2010-05-09 14:15:59:


能够说说二极管和太阳电池的本质区别吗？

想证明自己的推理正确，就需要更多的理论背景知识，这样大家才容易信服你的推理。仅仅是想迫使别人相信你的推理，是不会有作用的。

任何一个理论，要站住脚，都 ...

谢谢您的回复！
    二极管和太阳能电池的本质都是pn结！在实物中，光子没办法进入二极管内激发载流子。后者可以在整流结附近激发载流子。
    本文立足于这二者都是电偶这样一个观点进行分析的。如果您认为这一观点不正确，只要推翻这一观点就可以了。
    本文的针对点就是要说明教材上的解释是错误的，所以，当您用教材上的观点进行反驳时，犯了循环证明的逻辑错误。
    希望继续，谢谢。
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实践是检验真理的唯一标准
13楼2010-05-10 08:04:56
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伏忠坤

新虫 (小有名气)
反问你几个问题，在开路时，太阳电池上的开路电压是怎么建立的？按你的说法这个整流结是放热的，那么热是哪来的？（这种情况下没有欧姆结吸热）
    看来，您并没有看清楚文章中的观点，我的观点是，由于电偶的“搬运”作用，把欧姆结的热搬运到整流结，形成了对外输出的电能。
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实践是检验真理的唯一标准
14楼2010-05-10 08:11:53
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伏忠坤

新虫 (小有名气)
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Originally posted by M.K at 2010-05-09 14:45:53:



建议楼主看看爱因斯坦关于自发辐射的半唯象理论，
光照产生载流子的速率要远远大于复合速率，

谢谢您的回复！
   如果您认为我的观点是错误的，只要解释一下，为什么二极管和太阳能电池不是电偶就可以了。
   如果您仍然要用教材上的观点进行反驳，那就犯了循环证明这样的逻辑错误。因为我就是质疑教材上的解释。
  光照产生载流子的速率要远远大于复合速率--------理解这一句话是有前提的。对吗？
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实践是检验真理的唯一标准
15楼2010-05-10 08:20:30
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夕阳西下

金虫 (著名写手)
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Originally posted by 伏忠坤 at 2010-05-10 08:11:53:
反问你几个问题，在开路时，太阳电池上的开路电压是怎么建立的？按你的说法这个整流结是放热的，那么热是哪来的？（这种情况下没有欧姆结吸热）
    看来，您并没有看清楚文章中的观点，我的观点是，由于电偶的 ...

楼上不是告诉你了吗？这种搬运能量非常低，几乎可以忽略。
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16楼2010-05-10 08:23:19
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伏忠坤

新虫 (小有名气)
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Originally posted by 夕阳西下 at 2010-05-10 08:23:19:

楼上不是告诉你了吗？这种搬运能量非常低，几乎可以忽略。

谢谢您回复！
      这一结论是推导结果吧，您能告诉我用什么实验验证这一结论吗？
      本文的焦点是：二极管和pn结太阳能电池是电偶！
      如果您要否认本文分析，推翻这一观点就可以了。
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实践是检验真理的唯一标准
17楼2010-05-10 09:18:10
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fah

铁杆木虫 (著名写手)
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太阳电池本质上就是一个pn结，我没看明白你怎么把一个pn结变成了一个整流结加上一个欧姆结
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18楼2010-05-10 10:17:10
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伏忠坤

新虫 (小有名气)
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Originally posted by fah at 2010-05-10 10:17:10:
太阳电池本质上就是一个pn结，我没看明白你怎么把一个pn结变成了一个整流结加上一个欧姆结

谢谢你的评论和参与！
      得出这一结论的前提是：对于任何一个闭合回路，自建电场的矢量和为0。
只要把二极管或者太阳能电池的引线短接，就是一个闭合回路，就可以清楚的看到，整流结和欧姆结反向等高。另外，只要分析一下，为什么引线要采用欧姆接触，同样可以清楚的看到这一结论。
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实践是检验真理的唯一标准
19楼2010-05-10 10:36:17
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gao9860

银虫 (小有名气)
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首先很感谢小伏的新观点。也对，只是吧少数当成了多数，把支流扩大化了。没做好的电池，或二极管，你的理论能解释不少，但正常的二极管，太阳电池，不能这样解释。下面是我的一些解释，或许能让我们更清楚的了解太阳电池原理。  前面是引用你的话，后面是我的补充解释。

     现在就很容易理解，同为pn结，为什么二极管没有输出，太阳能电池有输出。是因为环境温度作用于二极管（电偶）时，对两个结的作用完全一样，两个结之间没有温差。而光线作用于太阳能电池（电偶）时，光子只作用于其中一个结----整流结。
    解释：环境温度作用于二极管时，激发的大都是浅施主，浅受主杂质原子，使其电离为自由导电电子或自由导电空穴，形成准费米能级，区别于本征费米能级。另外，标准的欧姆接触不是结，相当于一个电阻。电流正向流过，反向流过都有一定的损耗，只存在放热，不存在吸热。和我们平时说的导线一样，电流通过后发热。还有，光子也作用于你所说的欧姆接触，假定一部分产生自由空穴电子对，但由于高的电导率，很快符合掉，产生热能，很难作用于负载。



   问题：
1. 二极管和太阳能电池同为pn结，外因激发的载流子本身又不可能因激发源不同而不同，那么，为什么二极管中因热激发的载流子要被平衡，太阳能电池中因光激发的载流子却要积累输出呢？
2. 如果我问你“在一个pn结内，有一个自由电子扩散到自建电场中， 被扫向n区，请问这个电子是要被平衡掉呢，还是要形成积累呢？”
3. 如果我问你“在太阳能电池中，有两个电子，一个是被热激发的，一个是被光子激发的，同时被扫向n区，n区如何对待这两个电子？？？
      解释：对第一个问题，外因激发的自由载流子虽然本身不可能因激发源不同而不同，但我们知道热激发大都是零点几电子伏的浅能级杂质原子。但如果真让温度高到使本征激发占优势，此时的半导体已分不出掺杂和不掺杂的作用了，激发的电子空穴对会通过复合产生达到平衡，近似可以视作高电导的本征半导体了，整流结不复存在。对光激发来讲，低于带隙的激子激发态不能分离，因为束缚的电子空穴同生共死，对负载无用。而高于带隙的自由电子空穴激发，在整流结不消失的情况下，被电场分开，由于准中性区和欧姆接触的高电导性能，使其积聚在两个欧姆接触处。连接负载后，通过负载复合做功。
      对第二个问题，首先要保证存在pn结，强的高能热激发，磨平PN结，失去整流作用，舍去不考虑，低的热激发，是激子的话，无用，舍去。所以，有一个自由电子扩散到自建电场中， 被扫向n区，在N区，电子占多数，空穴占少数，复合一小部分，积累一大部分。连接负载后，积累的一大部分通过负载复合掉，对负载做功。
      对第三个问题，在太阳能电池中，有两个电子，一个是被热激发的，一个是被光子激发的，只要是自由的，就会被电场扫向n区，n区公平对待这两个电子，公平复合公平积累。


2  电子和空穴因积累形成电动势，分别向欧姆接触处运动，到达欧姆接触处时，电子与空穴复合，放出能量，变成了晶格的热能。（根据电偶的常识，去掉金属引线，不影响对电偶的分析。个人观点-----加入金属引线，不过是把一步复合放热分两步进行罢了。示意图如图四）由此得出结论：光子的能量分两步全部变成了热能，负载上的电能与光子的能量没有直接关系！！！
     解释：电子和空穴因积累形成电动势，分别向欧姆接触处运动，到达欧姆接触处时，一小部分电子与空穴基于缺陷等条件，会复合，放出能量，变成了晶格的热能。一大部分要积累，连接负载后，通过负载做功复合。


  载流子在欧姆接触结是逆着电场力的方向运行，故在此结吸热。
解释：自由载流子在欧姆接触处准备顺着电场力的方向运行，连接负载后，愿望实现。但有一小部分因表面态的存在要在这里复合，还有很少一部分可能要在内建电场边界和积累区飘摇，不怎么吸热。
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20楼2010-05-10 10:48:36
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