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第三章晶体硅太阳能电池的基本原理3.1太阳电池的分类按基体材料分单晶硅太阳电池多晶硅太阳电池1.硅太阳电池非晶硅太阳电池微晶硅太阳电池砷化镓太阳能电池碲化镉太阳能电池2.化合物太阳电池铜铟镓硒太阳能电池confidential
3.2太阳电池的分类工作原理3.2.1半导体太阳电池基本构造:半导体的PN结导体:铜(106/(?·cm))绝缘体:石英(SiO(10-16/(?·cm)))2半导体:10-4——10/(?·cm)4元素:硅(SiO)、锗(Ge)、硒(Se)等2化合物:硫化镉(CdS)、砷化镓(GaAs)等合金:GaAlAs(x为0-1之间的任意数)半导体x1-x有机半导体confidential
+4+4+4+4+4+4+4+4硅是四价元素,每个原子的最外层上有4个电子。这4个电子又被称为价电子硅晶体中,每个原子有4个相邻原子,并和每一个相邻原子共有2个价电子,形成稳定的8原子壳层。+4confidential
当温度升高或受到光的照射时,束缚电子能量升高,有的电子可以挣脱原子核的束缚,而参与导电,称为自由电子。+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子产生的同时,在其原来的共价键中就出现一个空位,称为空穴。自由空穴电子+4confidential
3.2.2能带结构由于晶体中原子的周期性排列,价电子不再为单个原子所有的现象。共有化的电子可以在不同原子中的相似轨道上转移,可以在整个固体中运动。量子力学证明,由于晶体中各原子间的相互影响,原来各原子中能量相近的能级将分裂成一系列和原能级接近的新能级。这些新能级基本上连成一片,形成能带当N个原子靠近形成晶体时,由于各原子间的相互作用,对应于原来孤立原子的一个能级,就分裂成N条靠得很近的能级。使原来处于相同能级上的电子,不再有相同的能量,而处于N个很接近的新能级上。confidential
ΔEn=3n=2禁带N条能级原子能级能带confidential
满带:排满电子的能带空带:未排电子的能带未满带:排了电子但未排满的能带禁带:不能排电子的区域[1]满带不导电[2]未满能带才有导电性导带:最高的满带价带:最低的空带电子可以从价带激发到导带,价带中产生空穴,导带中出现电子,空穴和电子都参与导电成为载流子confidential
导体,在外电场的作用下,大量共有化电子很易获得能量,集体定向流动形成电流。绝缘体:在外电场的作用下,共有化电子很难接受外电场的能量,所以形不成电流。从能级图上来看,是因为满带与空带之间有一个较宽的禁带(E约3~6eV),共有化电子很难从低能级(满g带)跃迁到高能级(空带)上去。半导体:的能带结构,满带与空带之间也是禁带,但是禁带很窄(E约3eV以下)。gconfidential
导带§最低的空带导带Eg价带部分填充能带价带最高的满带满带导体半导体绝缘体confidential
3.2.3杂质半导体1本征半导体无杂质,无缺陷的半导体本证载流子:电子、空穴均参与导电本征半导体中正负载流子数目相等,数目很少2掺杂半导体在本征半导体硅或锗中掺入微量的其它适当元素后所形成的半导体confidential
N型半导体P型半导体根据掺杂的不同,杂质半导体分为N型半导体:掺入五价杂质元素(如磷、砷)的杂质半导体P型半导体:在本征半导体中掺入三价杂质元素,如硼等。confidential
DED空带空带施主能级DEgDEg受主能级满带DEa满带confidential
电子是多数载流子,简称多子;掺入少量五价杂质元素磷空穴是少数载流子,简称少子。施主杂质+4+4+4+4+4+4P半导体整体呈电中性多出一个电子+4+4出现了一个正离子confidential
空穴是多数载流子,简称多子;掺入少量三价杂质元素硼电子是少数载流子,简称少子。+4+4+4+4+4+4+4+4B受主杂质半导体整体呈电中性空穴负离子confidential
3.2.5PN结半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两种运动方式。载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动.在半导体中,如果载流子浓度分布不均匀,因为浓度差,载流子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动,这种运动称为扩散运动。将一块半导体的一侧掺杂成P型半导体,另一侧掺杂成N型半导体,在两种半导体的交界面处将形成一个特殊的薄层PN结confidential
①多子扩散运动形成空间电荷区由于浓度差,电子和空穴都要从浓度高的区域向…扩散的结果,交界面P区一侧因失去空穴而留下不能移动的负离子,N区一侧因失去电子而留下不能移动的正离子,这样在交界面处出现由数量相等的正负离子组成的空间电荷区,并产生由N区指向P区的内电场E。INPN结confidential
17②内电场E阻止多子扩
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