光伏太阳能发电电池的原材料主要是硅。 Si外层中有4个电子。当Si不包含其他杂质时，Si外层中的4个电子与周围的Si电子形成4对共价键，因此没有自由电子。
P外层有5个电子，当Si中掺杂P时，每个P原子周围就会多出一个自由电子，这样的半导体称之为N型半导体。B外层有3个电子，当Si中掺杂B时，每个硼原子周围就会形成一个空穴，这样的半导体称为P型半导体。
当P型半导体与N型半导体结合时，N型半导体中的自由电子会扩散到P型半导体中，因此在中间的耗尽层中，N型半导体失去电子带正电，P型半导体得到电子带负电，形成了一个内建电场。
当阳光照射光伏电池时，光子被激发以产生电子。电子在内置电场的电场力的作用下移动到N区，形成电势差。因此，在连接外部电路之后，电子将从外部电路返回到P区以形成电流。这是光伏电池的发电原理。
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