最易懂的“光——电的转化原理”介绍
众所周知，光伏发电是太阳能最常见的运用办法之一，经过太阳能电池吸收太阳光然后将其转化为电能。
咱们都知道原子核外存在不同数量的电子，散布在不同的能级上，具有其特别的能量。而当很多的原子集合在一起时，由于相互效果，原子的能级会发生显着的改变，成为一系列与本来能级很挨近的包括N个能级的新能级，这些新能级称为能带。
能够说能带是由能级组成的，因此能带与能级相同，相互之间也存在距离，这个距离被称为禁带（band gap），电子没办法获得禁带中的能量。价带是电子填满的能带中能量最高的一条，导带是在价带之上能量更高、简直不存在电子的一个能带。[1]
咱们应该都知道电流的发生是来自于载流子的运动，而在价带中，电子现已占有了能够占有的一切或许的能级，大多数电子的相邻带也都被占有，根本无法移动。在导带中，由于此能带根本是空的，所以假如由电子能抵达导带，便可犹如脱缰野马般自在奔驰。在这时假如施加外加电压，那野马便被套上了缰绳，作为载流子听从指挥流动了。
如图2所示，导体的价带与导带非常挨近乃至堆叠；半导体的禁带较小，一般低于3eV，因此在外界环境影响下，电子有或许跳过禁带抵达导带然后导电；绝缘体的禁带较大，电子很难跨过禁带。关于金属来说，费米能级（Fermi level）是肯定零度以下，电子能够占有的最高能级，是湖面上能被和风吹动泛起涟漪的那一层。费米能级的物理含义是，该能级上的一个状况被电子占有的概率是1/2。在半导体和绝缘体中，如图2 所示，费米能级坐落其禁带中部，价带中的电子有百分之五十的概率到达此处。
能够这样想，将电子当作在马路上人山人海的人群，那价带便是马路，马路拥堵步履维艰。关于导体（conductor）而言，导带便是人行天桥，行人能够每时每刻经过人行天桥来穿过拥堵的人群；关于半导体（semiconductor），导带便是大气平流层，花点钱乘个飞机电子也能上去溜一圈；而关于绝缘体（insulator），导带便是天空之城，是外星球，是被悟空掀了的凌霄殿，不是不能去，仅仅价值巨大，一般电子去不起。
现在商用的光伏体系运用的都是以硅为基底的硅太阳能电池，依据光生伏特效应原理发电。纯洁的硅需求比较严苛的条件才能让足够多的载流子跃迁到导带，能够理解为纯硅中的电子一定要坐最贵的商务舱才肯干活。因此，一般来说都会在硅中掺杂其它元素，生成载流子和新能级。
硅坐落哪里？第四主族，最外层电子数为4。咱们都知道最安稳的最外层电子数是八，当然不能让硅去找另一个四咯，否则直接凑成八，还有啥自在电子来载流呢。
把目光投向硅的前方：铝？不合适不合适，金属来凑什么热烈；再朝上看：硼？能够能够，自然界含量高还廉价。向硅的后边看：磷？也是随处可见的元素，散布广泛，能够一用。
如图5所示，硅和硼掺杂后，短少一个电子满意共价键配位然后构成了空穴，空穴相当于一个带正电的载流子，这种类型的半导体被称为p型半导体（positive semiconductor）。
当和磷掺杂时，则是满意配位以外多出一个电子作为载流子，这类半导体被称为n型半导体（negative semiconductor）。
掺杂相同会导致费米能级的改变。如下图所示，p型半导体费米能级接近价带边，掺杂浓度越高，空穴浓度越高，导电性越强，过高掺杂会进入价带；n型半导体费米能级接近导带边，掺杂浓度越高，电子浓度越高，导电功能越强，过高掺杂会进入导带。
当两种类型的半导体结合时，载流子不同，会有电子从n区到p区的分散运动，并在结合处与空穴很多结合，n型半导体失去了电子，p型半导体获得了电子。因此p区一侧会带负电荷，n区一侧带正电荷。p-n结邻近的载流子悉数结合后，会构成一个势垒区，也称作内建电场，阻挠更多载流子进一步分散。相当于先结合的部分电子把空穴构成的路都给堵住了，后边的电子跑也跑不过去了。
在电子分散的一起，半导体的能带会发生曲折，费米能级也跟着一直在改变。n型半导体费米能级不断下移，p型半导体费米能级不断上移，直至持平。因此p-n结中的费米能级是一致的，处于平衡状况。如图9，能带的曲折量，也便是p-n结的内建电势差等于原n型p型半导体费米能级之差。
太阳能电池中的光电转化的根底原理为光生伏特效应（photovoltaic effect），是光电效应的一种。
当p-n结遭到光照时，若吸收光子能量大于禁带能量，价带中的电子就会跃迁到导带，发生电子-空穴对。诶，咱们刚刚说了，p-n结的内建电场阻挠了p区的空穴以及n区电子的持续分散。相同，遭到光照时，p区发生的光生空穴，n区发生的光生电子属多子，都被势垒阻挠而不能过结。只要p区的光生电子和n区的光生空穴和结区的电子空穴对（少子）分散到结电场邻近时能在内建电场效果下漂移过结。
因此，在内建电场的效果下，n区空穴会趋向p区搬迁集合、p区电子会趋向n区搬迁集合，从而发生一个与p-n结的内建电场方向相反的光生电场，其方向由p区指向n区。即对外接电路来说，p区为正极，n区为负极。该电场使势垒（内建电场）下降，此刻费米能级别离，因此发生压降，减少数即为光生电势差。
光生电势差即为太阳能电池的开路电压，用导线衔接两边并外接负载，就能够对外输出电能。对晶体硅太阳能电池来说，开路电压的典型数值为0.5～0.6V。
[2] 费米能级与PN结的光生伏特效应 - 尽力尽力再尽力的文章 - 知乎