光伏发电的起源来自于光电效应发现，当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化产生电动势和电流的一种效应。

　　一个光子携带的能量 E = 1.24/波长，光的波长越小，光子的能量越大，相较于红外线倍。从这个光谱可以看出，太阳光存在一些窗口，如905nm就是一个太阳光的窗口，激光雷达，TOF设备就是利用这个太阳光窗口进行探测，通过滤光片可以有效滤除阳光的干扰。当然目前一些高性能的激光雷达会采用1550nm，主要是由于1550nm对于雨雾的穿透率较高，而且对于人眼视网膜伤害较小。

　　回到正题，所以设计光伏板就是需要把能量最为丰富能力进行吸收转换才可以得到更高效率。接下来要介绍些底层的物理知识用来解释或者着计算出光伏板效率的是怎么来的。

　　在我们学习初高中化学的时候，知道化学反应中，原子作为不可分割的单位，在化学反应中，仅仅是不同原子的结合生成新的化学物质。但是物理学则不然，他们将原子进一步分割成原子核和核外电子。核外电子在不同轨道运行，电子所处的轨道叫做能级。在同一个能级电子彼此轨道有些差异，形成一个能级扩展区域成为能带，而那些没有电子活动的区域则称为空带。处在最外层电子组成能带称为价带，价带以上未被电子填满的能带或者空带称谓导带。导带底部的能级与价带的顶部能级之间的间隔成为禁带宽度。

　　价带中的电子能够穿越禁带，进入导带参与导电。导电过程通过载流子的运动形成。导体中载流子是自由电子，半导体中的载流子是带负电子的电子和带正电的空穴。

　　我们现在功率半导体里面经常说的宽禁带就是指的这里的禁带的概念。半导体硅的禁带宽度约为1.1eV，GaAs禁带宽度为1.4eV。而宽禁带的器件，如SIC的禁带宽度则为3.2eV，GaN的禁带宽度为3.4eV。

　　我们再回到光子携带的能量公式 E = 1.24/波长，对于绿光波长约为500nm，E=2.5eV。如果光子入射到材料中，超过了禁带的宽度Eg之后，就能使得电子出现迁移，从价带迁移到导带中。当一个绿光照射在单晶硅上，电子能量迁移有效能量是1.1eV，而能量1.4eV就会成为光子淹没的热量，本次光电转换效率 1.1/2.5=44%。但是由于太阳光如图1是比较宽的谱，对于光子能量低于1.1eV（波长大于1.24/1.1=1127nm）的光子无法使电子发生跃迁，就是无效能量。对于能量远大于1.1eV光子能量就会转换成热量，按照太阳光的光谱分布比例，单晶硅制作光伏板最后效率最大27%。饶了这么一大圈，最后这个还是直接给出的，但是知道上述计算方法后，只有获取到太阳光中光谱能量比例，通过积分方式就可以非常容易的计算出效率最大值的。

　　每个光伏板上由众多的PN结组成，每个PN结的平均低压为0.5V, 峰值电流2A左右，通过对于PN结进行并联和串联，从而实现高电压和高电流。从图3中可以看出众多纵横交错的最后得到开路电压52V，短路电流14A。每个光伏板基本上有三个子板通过接线盒进行连接，每个子板耐压开路电压约为17V。

　　图4是光伏板的短路电流，开路电压和功率随着光照变化特性。从图中可以看出，短路电流与光照强先关，开路电压随着光照变化不大，整个光伏板最大功率点，开路电压和短路电流是变化的，如果采用固定负载，则很难让光伏板处于最大功率输出状态，所以需要最大功率跟踪调节负载来牵引光伏板达到最大功率，后面会有单独文档写最大功率跟踪的设计。

　　图5是光伏板的短路电流，开路电压和功率随着温度变化特性。从图中可以看出，短路电流与随着温度增高而增高。开路电压随着温度增高而降低，整个光伏板随着温度增高而降低。

　　过去十几年的发展，公司已经将光伏板效率提升度电成本大幅度降低，光伏板效率逐渐接近极限值，2023年规划光伏产能超过300GW，光伏以及相关产业已经成为的2022和2023年最火且增长率最高产业，没有之一。在2023年的光伏展览如下几种新型的光伏板进行简要的介绍。

　　总结，本文从最基本的原子物理开始，介绍了光伏板工作的原理，解释为什么单晶硅的光伏板有27%的效率上限。再把光伏板典型结构，开路电压，短路电流和输出功率特性与温度和光照关系进行列举。最后将当前比较热门的一些光伏板的材料进行介绍。