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太阳能发电系统的最小单元被称为太阳能电池片。电池片的基本材料为半导体材料，通常由高纯度的硅组成。硅半导体材料内存在无数没有被激发、无法自由移动的电子，类似于停在车库里没有汽油的汽车。当阳光照射在半导体材料上，光子把能量传输给了电子，类似于我们给汽车加了油，电子就可以自由的移动了，称为被激发的自由电子。
单单有可以自由移动的电子还无法形成电流。电池片的基本结构是一个二极管。二极管对于自由电子的作用就类似于汽车的单行道。当汽车上了单行道，只能沿着一个方向行驶，自由电子在太阳能电池里也是沿着一个方向运动的。当自由电子按照一个方向移动就是我们常说的电流。太阳能电池通过导体将产生的电流传导出来。当电子把能量传输给用电设备，比如电灯，就类似于汽车耗尽了汽油，又重新回到车库里，等待下一次加油。
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