第四节_1111PN结二极管.ppt

§4 P-N结的暗特性 4.伏安特性曲线 V I 伏安特性理论曲线(暗特性) 0 §5 P-N结的光照特性 当光照时所引起的电子、空穴对的体产生率G在整个器件都相同； 不管器件是否光照，前面的四个近似都一样，前面得到的结果都同样有效，只是G不为零，而是一个常数。 取坐标原点在Xn处、Xp处 x x’ 0 0 §5 P-N结的光照特性 于是在n区一侧得到 上式G/DP 是常数，上式通解为 §5 P-N结的光照特性 代入以上边界条件得到特解 相应电子浓度也有表达式 §5 P-N结的光照特性 相应的电流密度为 以上计算是忽略耗尽区的产生与复合的，不忽略情况下可得耗尽区的电流密度变化为 §5 P-N结的光照特性 总的电流密度为 代入得到 光照时电流-电压关系 其中IL为光生电流 §5 P-N结的光照特性 V I 0 IL Imp Vmp Isc Voc 光照特性 暗特性 无光照和有光照时pn结二极管的输出特性 §6 太阳能电池的输出参数 一、短路电流 理想情况下短路电流等光生电流 短路电流可直接用电流表测量 §6 太阳能电池的输出参数 二、开路电压Voc 由下式，令I=0，得到理想值 Voc由于和I0有关，因而决定于半导体的性质。开路电压可以直接用伏特表进行测量 §6 太阳能电池的输出参数 三、填充因子 它是输出特性曲线“方形”程度的量度，一般在0.7~0.85之间。 当Voc10时，填充因子的经验公式为 §6 太阳能电池的输出参数 四、转换效率 是电池上入射光的总功率 谢谢！ * 第四章 Pn结二极管 光电半导体实验室 主要内容 P-N结的静电学 载流子注入（载流子浓度与电压的关系） 准中性区内的扩散电流 P-N结的暗特性 光照特性 太阳能电池的输出参数 有限电池尺寸对I0的影响（自学） §1 P-N结的静电学 一、基本物理特性 1. pp ＞＞pn ，n n ＞＞n p； 2. p区和n区多子分别向对方扩散； 3. 界面p区侧留下固定的离化受主负电荷， n区侧留下固定的离化施主正电荷； 正负电荷称为 空间电荷 ，区域称为 空间电荷区 。 4. 正--负电荷间产生 自建电场 ； §1 P-N结的静电学 二、接触电位差与载流子分布 1.自建电场 特征：空间电荷区内净电子流或净空穴流密度分别等于零 §1 P-N结的静电学 2. 接触电位差 自建电场的存在，在pn结空间电荷区内产生了由 p区侧负电荷区到n区侧正电荷区逐渐上升的电位分布，使中性n区形成了一个相对于中性p区为正的电位差， 该电位差称为pn结接触电位差，用ＶＤ表示。 §1 P-N结的静电学 VD -XP 0 Xn P区 N区 接触电位差示意图 §1 P-N结的静电学 3. 能带结构 孤立P区和n区各自的能带图 EiP EF Ein EF 空间电荷区自建电场，使空间电荷区内导带底、价带顶及本征费米能级依其电位分布从p区边界到n区边界逐渐下降 。最终，p区与n区的费米能级相等 EF EF P区 n区 §1 P-N结的静电学 qVD Eip Ein EF §1 P-N结的静电学 4.费米能级: 热平衡系统具有统一的费米能级 对于平衡pn结，只要确定费米能级位置，则可得到其能带结构 §1 P-N结的静电学 §1 P-N结的静电学 5. 耗尽层近似 空穴和电子在空间电荷区依指数规律分布，在边界内侧下降极为迅速，使绝大部分空间电荷区内的载流子浓度与中 性区相应的多子浓度相比可以忽略。所以，在进行某些理论 分析时，常采用耗尽近似，认为空间电荷区里载流子的浓度为零 据此空间电荷区又被称为耗尽区，或耗尽层。 §1 P-N结的静电学 从能带结构图可见，p区电子能量比n区高qVD ，n 区空穴能量比p区高qVD ，多子进入对方需要越过高度为qVD的势垒。因此，空间电荷区又被称为势垒区。 空间电荷区=耗尽区=耗尽层=势垒区 势垒区接触电势差VD的关系式 §2 载流子注入 1.势垒区两侧边界处载流子浓度的关系 由关系式 得 §2 载流子注入 一般情况下 ，热平衡时势垒区一侧边界处少子浓度等于势垒区另一侧边界处 多子浓度乘以 §2 载流子注入 2.势垒区两边界处载流子浓度服从波尔兹曼分布 结果： 同理 §4 P-N结的暗特性 一、理想pn结模型（四个近似） （1）不考虑势垒区中的产生与复合 结果：电子、空穴电流通过势垒区时保持不变 （2）小注入 结果：在准中性区多子浓度约等于平衡时浓度，对少子只需要考虑扩散电流 （3）耗尽层近似 结果：空间电荷区为高阻区，载流子浓度为零；外加电压几乎降落在空间电荷区