第3章 太阳能电池及特性-1讲半导体物理基础.pdf

上一讲回顾 日地天文关系； 太阳高度角的定义及计算； 大气质量AM的定义及计算； 地面辐射量的计算； 任意平面辐射量计算； 第3章太阳能电池及特性 3.1 半导体物理基础 3.2 光生伏特效应 3.3 太阳能电池分类 3.4 电池特性 §3.1 半导体物理基础 物体的导电能力，一般用材料电阻率的大小来衡量。 电阻率越大，说明这种材料的导电能力越弱。 以电阻率来区分导体，绝缘体和半导体。 物体电阻率 导体 半导体 绝缘体 Ω·cm ρ≤10-5 10-5 ≤ρ≤ 107 ρ≥107 §3.1 半导体物理基础 §3.1.1 原子能级及能带理论 硅太阳电池生产中常用的硅（Si），磷（P），硼（B） 元素的原子结构模型如图所示 每个壳层里运动的电子具有一定的能量状态，所以一个 壳层相当于一个能量等级，称为能级 第三层4个电子 最外层5个电子 第二层8个电子 最外层3个电子 第一层2个电子 Si P B +14 +15 +5 si P B §3.1.1 原子能级及能带理论 原子内层被填满的电子壳，与原子核较近，结合也较牢 固，称为内电子。 原子最外层的电子数决定这一元素的化学性质，称为价 电子，有几个价电子就称它为几族元素。 价电子所处的基态能级叫做价级（价电子能级）。 价电子激发后，可以跃迁到价级以上的空能级中去，这 些空能级称作激发能级。 若原子失去一个电子，称这个原子为正离子， 若原子得到一个电子，则成为一个带负电的负离子。 原子变成离子的过程称为电离。 §3.1.1 原子能级及能带理论 晶体中电子轨道的能级分成由低到高的许多组，分别和 各原子能级相对应。 每一组都包含着大量的能量很接近的能级。这样一组密 集的能级看上去象一条带子，所以被称之为能带。能带 之间的间隙叫做禁带。 能带 禁带 能带 禁带 能带 §3.1.1 原子能级及能带理论 由于电子的共有化运动，当N个原子相接近形成晶体时， 原来单个原子中每个能级分裂成N个与原来能级很接近的 新能级。 在实际晶体中，原子的数目N非常大，而且新能级与原来 的能级非常接近，两个相邻的新能级之间的能量差非常 -22 小，其数量级为10 eV。 能级分裂形成能带有两个特点： 能带内电子的能量是连续变化的，或者说电子的能态 是连续分布的 原来的一个能级，分裂成一个能带；不同的能级分裂 成不同的能带