什么叫光伏效应.doc

什么叫光伏效应早在1839年,法国科学家贝克雷尔(Becqurel)就发现,光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏打效应”,简称“光伏效应”。1954年,美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳电池,诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术。太阳电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏打效应,就是当物体受到光照时,物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。即当太阳光或其他光照射半导体的PN结时,就会在PN结的两边出现电压,叫做光生电压,使PN结短路,就会产生电流。光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件,再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。光伏发电的优点是较少受地域限制,因为阳光普照大地;光伏系统还具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电及建设同期短的优点。光生伏特效应简称为光伏效应,指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象。产生这种电位差的机理有好几种,主要的一种是由于阻挡层的存在。以下以P-N结为例说明。热平衡态下的P-N结同质结可用一块半导体经掺杂形成P区和N区。由于杂质的激活能量ΔE很小,在室温下杂质差不多都电离成受主离子NA-和施主离子ND+。在PN区交界面处因存在载流子的浓度差,故彼此要向对方扩散。设想在结形成的一瞬间,在N区的电子为多子,在P区的电子为少子,使电子由N区流入P区,电子与空穴相遇又要发生复合,这样在原来是N区的结面附近电子变得很少,剩下未经中和的施主离子ND+形成正的空间电荷。同样,空穴由P区扩散到N区后,由不能运动的受主离子NA-形成负的空间电荷。在P区与N区界面两侧产生不能移动的离子区(也称耗尽区、空间电荷区、阻挡层),于是出现空间电偶层,形成内电场(称内建电场)此电场对两区多子的扩散有抵制作用,而对少子的漂移有帮助作用,直到扩散流等于漂移流时达到平衡,在界面两侧建立起稳定的内建电场。P-N结能带与接触电势差:在热平衡条件下,结区有统一的EF;在远离结区的部位,EC、EF、Eν之间的关系与结形成前状态相同。从能带图看,N型、P型半导体单独存在时,EFN与EFP有一定差值。当N型与P型两者紧密接触时,电子要从费米能级高的一方向费米能级低的一方流动,空穴流动的方向相反。同时产生内建电场,内建电场方向为从N区指向P区。在内建电场作用下,EFN将连同整个N区能带一起下移,EFP将连同整个P区能带一起上移,直至将费米能级拉平为EFN=EFP,载流子停止流动为止。在结区这时导带与价带则发生相应的弯曲,形成势垒。势垒高度等于N型、P型半导体单独存在时费米能级之差:qUD=EFN-EFP得UD=(EFN-EFP)/qq:电子电量UD:接触电势差或内建电势对于在耗尽区以外的状态:UD=(KT/q)ln(NAND/ni2)NA、ND、ni:受主、施主、本征载流子浓度。可见UD与掺杂浓度有关。在一定温度下,P-N结两边掺杂浓度越高,UD越大。禁带宽的材料,ni较小,故UD也大。光照下的P-N结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