光伏行业基本知识与投资机会分析：光伏发电的物理原理
个人认为，光伏行业有不错的投资机会！但我们还是和分析创新药一样，学习基础知识，这也是科普。
光伏就是太阳光照在板子上发电，它的物理原理不是高中教科书上的“光电效应”（Photoelectric Effect），而是“光生伏特效应”（Photovoltaic Effect）。光电效应，光会把电子打出材料成为自由电子流；光生伏特效应，电子还是在材料里，但是打到不同的区域去了。光伏发电，有些知识和半导体行业紧密相关，是正宗高科技。听上去很平常，但并不是很好懂，其实一般人多半不懂，光具体怎么变成电的，说不出细节，还真挺多的。
所有光伏电池的共同物理结构，都是基于“PN结”的！这是高中物理，PN结就是P型半导体和N型半导体组合。而P型半导体是硅掺杂了一点硼，但P是positive的意思，带正电，不是指磷元素P，这种带正电的叫“空穴”。空穴是说，硅有4个价电子硼有3个，加一起凑成“幸运8”差一个空位，等电子住进去就平衡了。N型半导体是掺了一点磷，N是negative的意思，是有电子多出来了，磷有5个价电子，和4价硅凑8后多出一个自由电子。电子和空穴，叫“载流子”，电流以它们为载体行走，电子移动，空穴移动。
光伏发电，就是图中的“三明治”结构，N区在上P区在下。没光时，N区的电子和P区的空穴能扩散，但无论N区和P区毫米级厚度整体是电中性的，被带反相电荷的离子核中和了。但是在N区紧贴着P区的几十到几百纳米极报薄的“耗尽层”（depletion region），这里有事发生，会有0.6-0.7伏的内建电势差。这里电子和空穴会向对方的区域扩散，留下了带电子的离子核，由于离子核不能动，就出了电势差。这个电势差是阻止电子和空穴继续扩散的，最后电势差稳下来，扩散也稳下来平衡了。这个平衡叫“热平衡”，电子和空穴在温度的作用下想跑，电势差不让跑更多。
光来了！透过“减反膜”打进N区！N区里的原本不自由的电子，光打上来就能量大增，有点像光电效应一样，超过了一个域值Eg，就变自由了。但是，原本N区里通过掺杂磷就有不少自由电子，所以，自由电子数量变化不大，加了几个百分点。但是，N区居然出现了“空穴暴增”的大事！原本基本没有空穴，光打出一个自由电子，就会留下一个空穴（电子-空穴对），空穴数量能增加几个数量级。这就是光的作用，在N区打出极多的空穴，但N区还是自由电子多得多。
如果没有P板，就一个N板，光打上来就会产生不少电子-空穴对。但电子和空穴扩散互相碰上会“复合”，又没了。光继续打，继续产生电子-空穴对，又复合，这样动态地产生、复合，平衡。和没光时相比，就是多了几个数量级的空穴在蹦跶。
但是，精华来了！人们让N板和P板紧密贴着，形成了“耗尽区”，在这里光子也会打出“电子-空穴”对，却基本不复合了。前面说了，这里有一个内建电势差，电子和空穴产生后，立刻反向行动，电子被引向N区，空穴被引向P区！这就是人们费劲心机造N板和P板的原因！这个半导体一样的机制太牛逼了！
如果这时不外接负载，也就是光照在光伏板上，会有一个平衡。在耗尽区，电子和空穴被不断分离，分别聚集在N区和P区。这种聚集会产生一个“开路电压”。光打过来，在耗尽区会有“光生电流”，电子和空穴分离。这时来平衡的是“复合电流”，N区电子让颜色到P区空穴位复合，P区空穴扩散到N区电子复合。必须平衡，不然电子不断产生跑光了。光让电子跑到N区，又在复合电流作用下跑回来复合。但即使平衡了，N区整体上还是聚集了更多的电子，P区整体上聚集了更多的空穴（只是不再增加了），就会产生稳定的“开路电压”。
要注意， 这个“开路电压”并不产生强电场，因为N板和P板厚度不小，而耗尽区那里几十纳米距离很近，内建电势能产生很强的电场，能有效分离电子和空穴。
终于到最后一步了：外接负载发电。用金属电极把N区和P区的电子与空穴引到来，形成正极和负极，就像电池的正极和负极。外接了，N区的电子就绕一圈，经过电灯泡跑到P区与空穴复合，这就产生了电流。这时光照继续，电子-空穴对又会在耗尽区产生，分别收集到正极和负极，就能产生持续的电流。这又是一个平衡。
所以，这里有非常多的高科技。光如何透过来打到N板上，PN结如何紧贴让耗尽区内建电场强。其中一个很强的技术，就是金属电极，把电子从N区引过来，欧姆接触这里要搞几纳米的技术，搞成电阻极低、二维电子气。
费劲解释这些，是因为光伏产业分工很细，技术路线也不少，如果不理解原理，就不知道在说啥。例如PERC、TOPCon、HJT、BC，产业分析文章里这种名词很多，但必须了解光伏发电物理原理才能知道是啥。
