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发布日期:2018-06-19 00:00 来源:http://www.hoomaloka.com 点击:

 当半导体的表面受到太阳光照射时,如果其中有些光子的能量大于或等于半导体的禁带宽度,就能使电子挣脱原子核的束缚,在半导体中产生大量的电子-空穴对,这种现象称为内电效应(原子把电子打出金属的现象是外光电效应)。半导体材料就是依靠内光电效应把光能转化为电能的,因此实现内光电效应的条件是所吸收的光子能量要大于半导体材料的禁带宽度,即

  hv≥Eg

  式中,hv为光子能量;h为普朗克常数;v为光波频率;E为半导体材料的禁带宽度。

  由于C=vλ,其中C为光速,入是光波波长

  这表示光子的波长只有满足了式的要求,才能产生电子一空穴对。

  通常将该波长称为截止波长,以λg表示.波长大于λg的光子就不能产生载流子。

  不同的半导体材料由于然带宽度不同,要求用来激发电子-空穴对的光子能量也不一样。在同一块半导体材料中 ,超过禁带宽度的光子被吸收以后转化为电能,而能量小于禁带宽度的光子被半导体吸收以后则转化为热能,不能产生电子-空穴对,只能使半导体的温度升高。可见,对于太阳电池而言,禁带宽度有着举足轻重的影响,禁带宽度越大,可供利用的太阳能就越少,它使每种太阳电池对所吸收光的波长都有一定的限制。

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  照到太阳电池上的太阳光线,-部 分被太阳电池上表面反射掉,另一部分被太阳电池吸收,还有少量透过太阳电池。在被太阳电池吸收的光子中,那些能趾大于半导体禁带宽度的光子,可以使得半导体中原子的价电子受到激发,在P区、空间电荷区和N区都会产生光生电子-空穴对,也称光生载流子。这样形成的电子-空穴对由于热运动,向各个方向迁移。光生电子-空穴对在空间电荷区中产生后,立即被内建电场分离,光生电子被推进N区,光生空穴被推进P区。在空间电荷区边界处总的载流子浓度近似为0。在N区,光生电子一空穴产生后,光生空穴便向P-N结边界扩散,一旦到达 P-N结边界,便立即受到内建电场的作用,在电场力作用下作漂移运动,越过空间电荷区进入P区,而光生电子(多数载流子)则被留在N区。P区中的光生电子也会向P-N结边界扩散,并在到达P-N结边界后,同样由于受到内建电场的作用而在电场力作用下作漂移运动,进人N区,而光生空穴(多数载流子)则被留在P区。因此,在P.N结两侧产生了正、负电荷的积累,形成与内建电场方向相反的光生电场。这个电场除了一部分抵消内建电场以外,还使P型层带正电,N型层带负电,因此产生了光生电动势,这就是光生伏特效应(简称光伏)。

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