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太阳能储能锂电池的结构和工作原理

2023-02-10

光可以分为不同的波长，我们可以透过彩虹看到。由于入射到电池上的光的光子能量范围非常宽，一些光子没有足够的能量来形成电子-空穴对。它们只是穿过电池，就像电池是透明的一样。但其他一些光子非常有能量。只有当达到一定的能量（电子伏特（eV），这取决于电池材料（约1.1eV的晶体硅））时，电子才能逃逸。我们称这个能量值为材料的带隙能量。如果光子的能量大于所需的能量，则多余的能量将丢失（除非光子的能量是所需能量的两倍，这可以产生多个电子-空穴对，但这种效应并不重要）。仅这两种效应将导致电池中约70%的辐射能量损失。

为了使用更多的光子，我们为什么不选择一种带隙非常低的材料呢？不幸的是，带隙也决定了电场强度（电压）。如果带隙太低，在增加电流（通过吸收更多电子）的同时，会损失一定的电压。记住，功率是电压和电流的乘积。佳带隙能量必须能够平衡这两种效应。对于由单一材料制成的电池，该值约为1.4电子伏特。

我们还有其他能量损失。电子必须通过外部电路从电池的一侧流向另一侧。我们可以在电池底部镀上一层金属，以确保良好的导电性。然而，如果我们用金属完全覆盖电池顶部，光子将无法通过不透明导体，从而失去所有电流（在某些电池中，透明导体仅在顶部表面使用，而不是在所有位置）。如果我们只在电池的两侧设置触点，电子需要经过很长的距离才能到达触点。要知道，硅是一种半导体，它的电流传输性能不如金属。其内部电阻（称为串联电阻）相当高，高电阻意味着高损耗。为了大限度地减少这些损失，电池被金属接触网覆盖，这可以缩短电子移动的距离，只覆盖电池表面的一小部分。即使如此，一些光子也会被网格阻挡。电网不能太小，否则其电阻会太高。

在实际使用电池之前，还需要采取其他几个步骤。硅是一种有光泽的材料，这意味着它具有良好的反射财产。反射的光子不能被电池使用。因此，电池顶部的抗反射涂层可以将反射损耗降低到5%以下。

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