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发布日期:2018-06-16 00:00 来源:http://www.hoomaloka.com 点击:

    通常应用的太阳电池是一种能将光能直接转换成电能的半导体器件。它的基本构造是由半导体的P-N结组成。本章主要以最常见的硅P-N结太阳电池为例,详细讨论光能转换成电能的情况。

  众所周知,具有大量能够自由移动的带电粒子,容易传导电流的物体,称为导体。一般金属都是导体。例如,铜的电导率在106/(Ω.cm)左右,如果在1cmx 1cm x 1cm的铜立方体的两个对应面上加1V的电压,则这两个面之间将流过106A的电流。

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  另一个极端是极不容易传导电流的物体,称为绝缘体,如陶瓷、云母、油脂、橡胶等。例如,石英( SiO2)的电导率在10-16/(Ω.cm)左右。

  导电性能介于导体和绝缘体两者之间的是半导体,其电导率在10-4~104/(Ω.cm)之间;而且半导体还可以通过加人少量杂质使其电导率在上述范围内变化;足够纯净的半导体,其电导率会随温度的上升而急剧增加。这些是最容易识别的半导体的特性。

  半导体可以是元素,如硅(Si)、锗(Ge)硒(Se)等;也可以是化合物,如硫化镉(Cds)、砷化镓(GaAs)等;还可以是合金,如Ga,AL1~XAs,其中x为0~1之间的任意数。许多有机化合物也是半导体。

  半导体的许多电学特性可以用种简单的模型来解释,硅的原子序数是14,所以原子核外面有14个电子,其中,内层的10个电子被原子核紧密地束缚住,而外层的4个电子受到原子核的束缚较小,如果得到足够的能量,就能使其脱离原子核的束缚而成为自由电子,并同时在原来的位置留出一个空穴。电子带负电,空穴带正电。硅原子核外层的这4个电子又称为价电子。

  在硅晶体中每个原子周围有4个相邻原子,并和每一个相邻原子共有2个价电子,形成稳定的8原子壳层。从硅的原子中分离出一个电子需要1.12eV的能量,该能量称为硅的禁带宽度。被分离出来的电子是自由的传导电子,它能自由移动并传送电流。一个电子从原子中逸出后,留下了一个空位,称为空穴。从相邻原子来的电子可以填补这个空穴,于是造成空穴从一个位置移到了一个新的位置,从而形成了电流。电子的流动所产生的电流与带正电的空穴向相反方向运动时产生的电流是等效的。

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