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第九章其它器件结构2013011015第十一周9/10/20231
内容9.1引言9.2同质结9.3半导体异质结9.4金属-半导体异质结9.5实用的低电阻接触9.6MIS太阳能电池9.7光电化学电池9/10/20232
9.1引言?光伏半导体的基础是电子学不对称性?产生这种不对称性的方法有多种?除了经典p-n结外还有其它的一些器件结构?从最原始的光伏器件到今天的电池9/10/20233
§9.1第一个光伏器件EdmundBecquerel(1820-1891)光伏效应发现者艾德蒙?贝克勒被认为是第一个向世人展示光伏效应的人。十九岁那年在父亲的实验室工作,他尝试用不同的光(包括太阳光)去照射电极来产生电流。他发现,在电极表面涂上感光材料如AgCl或AgBr时,电流产生效果最好的是蓝光或紫外光。虽然他很常使用铂电极,但偶尔也会使用银电极来观察光的响应。随后,他便发明了一项利用光伏效应的技术,即使用“辐射仪”来记录辐射的强度以测量9/物10/2体023的温度。4
与发现光伏效应有关的法国Becquere家族。EdmundBecquerel(1820-1891)光伏效应发现者CesarBecquerel(1788-1878)电化学的鼻祖HenriBecquerel(1852-1908)放射性的发现者,1903年与居利夫妇共获获得诺贝尔物理奖9/10/2023JeanBecquerel(1878-1953)著名5物理学家,研究晶体的光学和电学特性
§9.1第一个光伏器件1839年,贝克勒描述的仪器示意图。酸性溶液黑箱光伏效应的另一个重要进展来自于人们对硒的光导效应的关注。在研究此效应的时候,亚当斯和日发现了一个奇怪的现象,已加热的铂电极被推进到透明硒瓶的另一端,他们解释其中的原因,认为内部有电压产生。亚当斯和日(1877)利用下面的仪器进行试验的目的之一就是,观察能否只用光照就能使硒产生电流。9/10/20236
§9.1第一个光伏器件标记玻璃管亚当斯和日用以观察硒的光电效应的样本图实验结果令人鼓舞。这是首次全部利用固体来演示光电效应的试验。亚当斯和日认为,光能产生电流是因为光照射使得硒条的表面结晶化。几十年过后,物理学的发展让人们能进一步了解这一现象。9/10/20237
§9.1第一个光伏器件另一个重要的进展来自弗里茨的研究工作。通过用两种不同材料的金属板来压制融化的硒,硒能与其中一块板紧紧黏住,并形成薄片。然后再用金箔压制硒薄片的另一面,于是,历史第一块光伏器件就制成了。此薄膜器件大概有30cm大。2硒薄层金属层Fritts1883年制作的硒薄膜1883年美国科学家弗里茨发明太阳能电池,是19世纪的最高成就9/10/20238
§9.1第一个光伏器件他也是第一个认识到光伏器件有巨大潜力的人。他知道光伏器件能以非常低的成本制作,并说:“产生的电流如果不是马上使用,可以在蓄电池中储存起来,或者传送到另外一个地方,被使用或者储存。”然而,在大约50年后,一轮新的进展才开始在这个领域掀起。当研究在铜表面生长氧化亚铜层的光电导效应时,发现了铜-氧化亚铜交界处的整流效应。这一结果引领了大面积整流器的发展,紧接着又促进了大面积光电池的发展。格朗道尔描述了铜-氧化亚铜整流器和光电池的发展。9/10/20239
§9.1第一个光伏器件下图描述了基于铜-氧化亚铜结的早期光电池的简单结构图。一圈圈的铅线作为电极连接电池的入光面。这种方法随后被修改成在表面溅射金属层,然后移走一部分,最后形成由金属线构成的网格。这些发展吸引了人们在这个领域的积极研究。在1930到1932年间,格朗道尔发表了38篇有关铜-氧化亚铜光伏太阳能电池的论文。覆盖玻璃层氧化亚铜铜层9/10/202310
§9.1第一个光伏器件这些研究活动也似乎重新唤起了人们对把硒作为光电池材料的兴趣。特别是在1931年伯格曼的研究论文提高了硒电池的质量。此材料被证明是比Cu-CuO更好的光伏材料,且更具商业2优势。1939年,Nix发表了性能相似的砣-硫化物光电池。下图展示了由硒、砣-硫化物和Cu-CuO共同组成的电池。21930年代效率最高的太阳能电池。9/10/202311
§9.2早期硅太阳能电池1930年代,几乎在硒电池迅速发展的同一时间,硅也因为在点接触整流器上的应用逐渐引起人们的重视。从1874年起,各种晶体和金属点电极的整流特性逐渐为人所知。在收音机发展的早期,晶体整流器是最常使用的探测器,但是随着热电子管的发展,除了在超高频率应用方面,晶体整流器几乎在所有应用上都被取代了。而钨则被认为是最适合制作硅表面电极的材料。随着对硅的纯净化的研究,人们对它的特性也了解地更加深刻。在研究纯净硅的再结晶化的时候,奥尔(19
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