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.iuu .iuu .iuu .iuu .iuu .iuu .iuu §4半导体光敏器件--太阳能电池 4.1内光电效应 当光照射在物体上，使物体的电阻率发生变化，或产生光生电动势的效应叫做内光电效应。 内光电效应又可分为以下两类： 1)光伏效应 2 )光电导效应 .......... * 1、光伏效应 在光线作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象叫做光生伏特效应。分为势垒效应和侧向光电效应。 (1)势垒效应(结光电效应) 光线照射PN结时，设光子能量大于禁带宽度，使价带中的电子跃迁到导带，而产生电子空穴对，在耗尽区内电场的作用下，被光激发的电子移向N区外侧，被光激发的空穴移向P区外侧，从而使P区带正电，N区带负电，形成光电动势。 (2)侧向光电效应 当半导体光电器件受不均匀光照时，光照部分吸收入射光子的能量产生电子空穴对，由此引起光照部分和未受光照部分间出现了载流子浓度梯度，因而载流子要扩散。已知电子迁移率比空穴大，那么空穴的扩散不明显，则电子向未被光照部分扩散，就造成光照射的部分带正电，未被光照射的部分带负电，光照部分与未被光照部分产生光电势。 .......... * 在光线作用下，电子吸收光子能量从束缚状态过渡到自由状态，而引起材料电导率的变化，这种现象被称为光电导效应。 电子能量 Eg hv 导带 价带 当光照射到半导体光电导材料上时，若光辐射能量足够强，材料价带上的电子将被激发到导带,从而使材料中的自由载流子增加，致使材料的电导变大。 2 、光电导效应 .......... * 为了实现能级的跃迁，入射光的能量必须大于光电导材料的禁带宽度，即 光电导产生的条件 对于半导体材料，也存在一个长波长限制，只有比此波长短的入射光，才能使材料的电导率增加，产生光电导效应。 .......... * §4.2 半导体太阳能电池 4.2.1引言 传统石化能源 能源枯竭 石油：42年，天然气：67年，煤：200年 。 环境污染 每年排放的二氧化碳达210万吨，并呈上升趋势，造成全球气候变暖；空气中大量二氧化碳，粉尘含量己严重影响人们的身体健康和人类赖以生存的自然环境。 可再生能源： 风能；水能；地热；潮汐；太阳能等 具有明显的区域性 .......... * 太阳能的利用 洁净能源： 与 石 油、煤炭等矿物燃料不同，不会 导致“温室效应”，也不会造成环境污染 太阳能利用的重要途径之一是研制太阳能电池！ 使用方便： 同水能、风能等新能源相比，不受地域 的限制，利用成本低。 资源丰富： 40分钟照射地球辐射的能量＝全球人类 一年的能量需求 .......... * 4.2.2太阳能电池(solar cell) 太阳能电池是将太阳光的能量转换为电能的光电器件。其工作原理主要依据光生伏特效应，因此也称为光伏电池。 .......... * P-N结光电效应 当P-N结受光照时，样品对光子的本征吸收和非本征吸收都将产生光生载流子。但能引起光伏效应的只能是本征吸收所激发的少数载流子。因P区产生的光生空穴，N区产生的光生电子属多子，都被势垒阻挡而不能过结。只有P区的光生电子和N区的光生空穴和结区的电子空穴对（少子）扩散到结电场附近时能在内建电场作用下漂移过结。光生电子被拉向N区，光生空穴被拉向P区，即电子空穴对被内建电场分离。这导致在N区边界附近有光生电子积累，在P区边界附近有光生空穴积累。它们产生一个与热平衡P-N结的内建电场方向相反的光生电场，其方向由P区指向N区。此电场使势垒降低，其减小量即光生电势差，P端正，N端负。于是有结电流由P区流向N区，其方向与光电流相反。　 E c E F E v 光生空穴 - - - - + + + + + + - p n x o L p n 光子 E i 电离受主 电离施主 光生电子 耗尽层 - .......... * 实际上，并非所产生的全部光生载流子都对光生电流有贡献。设N区中空穴在寿命τp的时间内扩散距离为Lp，P区中电子在寿命τn的时间内扩散距离为Ln。Ln+Lp=L远大于P-N结本身的宽度。故可以认为在结附近平均扩散距离L内所产生的光生载流子都对光电流有贡献。而产生的位置距离结区超过L的电子空穴对，在扩散过程中将全部复合掉，对P-N结光电效应无贡献。 .......... * .......... * 光伏效应的基本条件 1、半导体材料对一定波长的入射光有足够大的光吸收系数，即要求入射光子的能量