太阳能电池(硅)工作原理62.pptVIP

太阳能热利用的方式以及发展趋势 太阳能利用的新方式及展望 杂质半导体的示意图 + + + + + + + + + + + + N型半导体 多子—电子 少子—空穴 － － － － － － － － － － － － P型半导体 多子—空穴 少子—电子 少子浓度——与温度有关 多子浓度——与温度无关 5.3 载流子 在半导体的导电过程中，运载电流的粒子，可以是带负电荷的电子，也可以是带正电荷的空穴，这些电子或空穴叫做载流子 半导体的导电性能与载流子的数目有关。单位体积的载流子数目，叫做载流子浓度。 半导体的载流子浓度随其中杂质的含量和外界条件（如加热、光照等）而显著变化。 在本征半导体中，电子和空穴的浓度是相等的。 在含有杂质和晶格缺陷的半导体中，电子和空穴的浓度则不相等。 占多数的载流子叫多数载流子，简称多子 占少数的载流子叫少数载流子，简称少子 载流子产生和复合 半导体中由于晶格的热运动，电子不断从价带被激发到导带，形成一对电子和空穴，这就是载流子产生 在不存在外电场时，在运动中电子和空穴常常碰在一起，即电子跳到空穴的位置上把空穴填补掉-载流子复合 在一定的温度下，半导体内电子和空穴不断产生和复合 没有外表的光和电的影响，单位时间内产生和复合的电子与空穴即达到相对平衡，称为平衡载流子 在这种情况下，电子浓度和空穴浓度的乘积等于本征半导体载流子浓度。 对于每种材料，本征半导体载流子浓度取决于温度。只要温度一定，则电子浓度和空穴浓度的乘积即是一个与掺杂无关的常数。 载流子注入 外界条件下，如光照，半导体中电子和空穴的产生率大于复合率，产生非平衡载流子，这一过程称为载流子注入 光注入：光照产生 电注入：电学方法 低注入——注入的非平衡载流子浓度原低于平衡载流子浓度 高注入——注入的非平衡载流子浓度相当于平衡载流子浓度 太阳能电池： 一般为低注入 强辐照条件下（100倍阳光）下工作的聚光太阳能电池为高注入 载流子输运 电子和空穴发生地净位移，叫载流子的输运 两种输运方式：漂移运动和扩散运动 漂移运动：外加电场作用下，载流子热运动将叠加一个附加速度，称为漂移速度 电子：漂移速度与电场反向 空穴：漂移速度与电场同向 扩散运动： 微粒的热运动产生的物质迁移现象称为扩散 主要由浓度差引起，从浓度高处向浓度低处扩散，直到相同，浓度差越大、微粒质量愈小、温度愈高，扩散速度越快 半导体中载流子因浓度不均匀而引起的从浓度高处向浓度低处的迁移运动称为扩散运动 本征半导体、杂质半导体 本节中的有关概念 自由电子、空穴 N型半导体、P型半导体 多数载流子、少数载流子 施主杂质、受主杂质 6. PN结 p-n结：一块半导体上，通过特殊工艺，使一部分呈p型，一部分呈n型，则p型和n型界面附近区域称为p-n结 同质结：同一半导体材料上形成 异质结：不同半导体材料上形成 生成工艺：成长、合金、外延、注入 p-n结： 单向导电性 是太阳能电池的核心，是其赖以工作的基础 内电场E ?因多子浓度差 ?形成内电场 ?多子的扩散 ?空间电荷区 ?阻止多子扩散，促使少子漂移。 PN结合 空间电荷区 多子扩散电流 少子漂移电流 耗尽层 6.1 . PN结的形成 少子飘移 补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，E 多子扩散 又失去多子，耗尽层宽，E 内电场E 多子扩散电流 少子漂移电流 耗尽层 动态平衡： 扩散电流 ＝ 漂移电流 总电流＝0 势垒 UO 硅 0.5V 锗 0.1V 6.2. PN结的单向导电性 (1) 加正向电压（正偏）——电源正极接P区，负极接N区 外电场的方向与内电场方向相反。 外电场削弱内电场 →耗尽层变窄 →扩散运动＞漂移运动 →多子扩散形成正向电流I F 正向电流 (2) 加反向电压——电源正极接N区，负极接P区 外电场的方向与内电场方向相同。 外电场加强内电场 →耗尽层变宽 →漂移运动＞扩散运动 →少子漂移形成反向电流I R P N 在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓度是一定的，故IR基本上与外加反压的大小无关，所以称为反向饱和电流。但IR与温度有关。 PN结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻， PN结导通； PN结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻， PN结截止。 由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。 7.太阳能电池原理 原理：半导体pn结的光生伏打效应 物体受阳光照射时，体内电荷分布发生变化而产生电势和电流的效应 气体、液体、固体中均可产生 固体中，尤其是半导体中，光能转变为电能的效率最高。 半导体电池发电过程： 吸收太阳光