简称基区。②p层上面是n层。它又称为顶区层，有时也称为发射区层，简称顶层。它是在同一块材料的表面层用高温掺杂扩散方法制得的，因而又称为扩散层。由于它通常是重掺杂的，故标记为n+ 。n+层的厚度为0.2—0.5μm。扩散层处于电池的正面。所谓正面，就是光照的表面，所以也称为光照面。③p层和n层的交界面处是p—n结。④扩散层上有与它形成欧姆接触的上电极。它由母线和若干条栅线组成。栅线的宽度一般为0.2mm左右。栅线通过母线连接起来。母线宽度为0.5mm左右，视电池面积大小而定。⑤集体下面有与它形成欧姆接触的下电极。⑥上下电极均由金属材料制作，其功能是将由电池产生的电能引出。⑦在电池的光照面有一层减反射膜，其功能是减少光的反射，使电池接受更多的光。
常见的太阳能电池有：单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池。
（2）太阳能电池的基本工作原理
太阳能电池工作原理的基础，是半导体p—n结的光生伏打效应。所谓光生伏打效应，简单地说，就是当物体受到光照时，其体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。在气体、液体和固体中均可产生这种效应，但在固体尤其是半导体中，光能转换为电能的效率特别高，因此半导体中的光电效应引起人们的格外关注，研究得最多，并发明制造出了半导体太阳能电池。
可将半导体太阳能电池的发电过程概括成以下四点：
①首先是收集太阳光和其他光使之照射到太阳能电池表面上。
②太阳能电池吸收具有一定能量的光子，激发出非平衡载流子（光生载流子）—电子－空穴对。这些电子和空穴应有足够的寿命，在他们被分离之前不会复合消失。
③这些电性符号相反的光生载流子在太阳能电池p-n结内建电场的作用下，电子－空穴对被分离，电子集中在一边，空穴集中在一边，在p-n结两边产生异性电荷的积累，从而产生光生电动势，即光生电压。
④在太阳能电池p-n结的两侧引出电极，并接上负载，则在外电路中即有光生电流通过，从而获得功率输出，这样太阳能电池就把太阳能（或其他光能）直接转换成了电能。
图5 光生伏打效应原理图
5
总所周知，物质的原子是由原子核和电子组成的。原子核带正电，电子带负电。电子就像行星围绕太阳转动一样，按照一定的轨道绕着原子核旋转。硅原子的外层中有四个电子。每个原子的外壳电子都有固定的位臵，并接受原子核的约束。他们在外来能量的激发下，就会摆脱原子核的束缚而成为自由电子，并同时在原来的地方留出一个空位，即空穴。由于电子带负电，空穴就表现为带正电。电子和空穴就是单晶硅中可以运动的电荷。在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。如果在硅晶体中掺入能够俘获电子的硼、铝、镓等杂质元素，它就成了空穴型半导体，简称p型半导体。如果在硅晶体半导体中掺入能够释放电子的磷、砷或锑等杂质元素，它就成了电子型半导体，简称n型半导体。若把这两种半导体结合在一起，由于电子和空穴的扩散，在交界面处便会形成p—n结，并在结的两边形成内建电场，又称势垒电场。当太阳光照射p—n结时，在半导体内的电子由于获得了光能而释放电子，并在势垒电场的作用下，电子被驱向p型区，从而使n区有过剩的电子，p区有过剩的空穴；于是就在p—n结的附近形成了与势垒电场相反的光生电场。这就是p-n结接触型硅太阳能电池发电的基本原理（如图5）。若把数个太阳能单体串联或并联起来封装成为太阳能电池组件，在太阳光的照射下，便可获得具有一定功率输出的电能。 3.1.3 太阳能电池的选择
（1）太阳能电池封装形式的选择
目前太阳能电池的封装形式主要有2种，层压和滴胶，层压工艺可以保证太阳能电池工作寿命25年以上，滴胶虽然当时美观，但是太阳能电池工作寿命仅仅1—2年。因此，1W以下的小功率太阳能草坪灯，在没有过高寿命要求的情况下，可以使用滴胶封装形式，对于使用年限有规定的太阳能灯，我选择使用层压的封装形式。
（2）太阳能电池组件选型
设计要求：河南地区，负载输入电压12功耗12W，每天工作时数10h，保证连续阴雨天数3天。
河南地区近二十年年均辐射量1389Kcal/cm2，经简单计算河南地区峰值日照时数约为4.5h；
负载日耗电量 =10AH
所需太阳能组件的总充电电流= 1.05×10÷（4.5×0.85）=2.75A
在这里，两个连续阴雨天数之间的设计最短天数为5天，1.05为太阳能电池组件系统综合损失系数，0.85为蓄电池充电效率。
太阳能组件的最少总功率数 = 10×2.75 = 28W
选用峰值输出功率30Wp、单块30W的标准电池组件，应该可以保证庭院灯
6
系统在一年大多数情况下的正常运行。 3.2 铅酸蓄电池
用铅和二氧化铅分别作为负极和正极的活性物质（参与化学反应的物质），以浓度为27%～37%的硫酸水溶液作为电解液的电池，称为铅酸蓄电池（亦称铅蓄电池）。由于铅酸蓄电池具有运行温度适中和放电电流大，可以根据电解液比重的变化检查电池的荷电状态，储存性能好及成本较低等优点，目前在蓄电池生产和使用中仍保持着领先地位。
铅酸蓄电池不仅具有化学能和电能转换效率较高、使用简单、维修方便、原材料丰富、能够大规模生产、循环寿命较长、端电压高，容量大的特点，而且还具备防酸、隔爆、消氢、耐腐蚀的性能。同时随着新工艺、新技术的采用，铅酸蓄电池的使用寿命仍在不断提高。
3.2.1 铅酸蓄电池的工作原理
（1）铅酸蓄电池结构
铅酸蓄电池主要由以下部分构成：正、负极板组，隔板，衬板，接线端子，电池盖，电池槽和电解液等。固定型铅蓄电池的外形和结构如图6所示。
图6 铅酸蓄电池外形结构
①机壳；②隔板；③电池槽；④电解液监视窗
①极板：铅酸蓄电池的正、负极基板由纯铅制成，上面直接形成有效物质，有些则是用铅合金制成板栅或骨架。基板用铅镍合金制成栅架，上面涂以有效物质。正极的有效物质为二氧化铅，负极有效物质为海绵状铅。在同一个电池内，同极性的极板片数超过两片者，用金属条连接起来称为“极板组”或“极板群”。至于极板组内的极板片数的多少，随其容量的大小而异。
②隔板：在各种类型的铅酸蓄电池中，除少数特殊组合的极板间留有宽大的空隙外，在正、负极板间均需要放臵隔板，以防止正负极相互接触而发生短路。隔板有木质、橡胶、微孔橡胶、烧结式PVC、聚丙烯（PE）以及超细玻璃纤维
7
等材料制成的隔板，可根据蓄电池的类型适当选空。
③电池槽：是用来盛装电解液和支撑极群组的，通常有玻璃容器、衬铅木质容器、硬橡胶容器和塑料容器四种。
④电解液：铅酸蓄电池的电解液是用蒸馏水稀释高纯度浓硫酸而成。它的密度高低视电池类型和所有极板而定，一般在1.200g/cm3 （15℃)～1.300g/cm3(15℃)之间。蓄电池用的电解液（稀硫酸）必须保持纯净，不能含有重金属等有害于铅酸蓄电池的杂质。
（2）铅酸蓄电池的基本原理
铅酸蓄电池由极群组插入稀硫酸溶液中构成。电极在完成充电后，其中极群组的正极板为二氧化铅，负极板为海绵状铅。放电后，在两极板上都产生细小而松软的硫酸铅，充电后又恢复为原来的物质。
对铅酸蓄电池在充电和放电过程中的可逆性反应理论有多种解释，目前公认得是格来斯顿（Gladstone）和特里波（Tribe）两人提出的“双硫酸化理论”。该理论的含义为铅酸蓄电池在放电后，两电极大有效物质和硫酸发生作用，均转变为硫酸化合物——硫酸铅；当充电时，又恢复为原来的铅和二氧化铅。
铅酸蓄电池的平衡电压约为2V，而水的分解电压（正极上析出氧气，负极上产生氢气）也约为2 V左右，因此热力学上铅酸蓄电池完全不会工作，而且在充电时从硫酸铅生成二氧化铅和铅之前就已经析出氧气和氢气。二氧化铅和铅电极表面上有极高的氧与氢的过电位，因而能使正、负电极在析出大量氢之前被再充电，如果过量的负极活性物质和有限的电液这些原则条件得到满足，就可将氧气循环应用于铅酸蓄电池。阴极吸附式密封铅酸蓄电池在充电时，正极上析出氧气，在负极上被化合，从而维持负极在部分充电状态，使氢所析出得以抑制，图7即为铅酸蓄电池内部基本构成。
图7 铅酸蓄电池内部基本构成
8