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1、生命是永恒不断的创造，因为在它内部蕴含着过剩的精力，它不断流溢，越出时间和空间的界限，它不停地追求，以形形色色的自我表现的形式表现出来。泰戈尔童梦无忧网 试管婴儿论坛 本文由cipxjc0031贡献 本文由startingsky贡献 ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 第2章 章 (2) 2.2太阳能电池工作原理 太阳能电池工作原理 2.2.1太阳能电池 太阳能电池 的物理基础(1) 的物理基础 固体能带理论* 固体能带理论* 能带的形成 单个原子的 能级 North China Electric Power University 电 力 工
2、程 系 Department of Electrical Engineering 1 2.2.1太阳能电池的物理基础 太阳能电池的物理基础(2) 太阳能电池的物理基础 固体能带理论* 固体能带理论* 能带的形成 晶体原子共有 化运动 North China Electric Power University 电 力 工 程 系 Department of Electrical Engineering 2 2.2.1太阳能电池的物理基础 太阳能电池的物理基础(3) 太阳能电池的物理基础 固体能带理论* 固体能带理论* 能带的形成 N个原子形成 个能级 个原子形成2N个能级 个原子形成 能带 允带
3、 禁带又称能隙 North China Electric Power University 电 力 工 程 系 Department of Electrical Engineering 3 2.2.1太阳能电池的物理基础 太阳能电池的物理基础(4) 太阳能电池的物理基础 固体能带理论* 固体能带理论* 能带的形成 导带: 导带:未被电子填满的能带或空能带 满带或价带: 满带或价带:已被电子填满的能带 满带中的电子在外界电场作用下不能移动, 满带中的电子在外界电场作用下不能移动 , 不起导电作用 North China Electric Power University 电 力 工 程 系 De
4、partment of Electrical Engineering 4 2.2.1太阳能电池的物理基础 太阳能电池的物理基础(5) 太阳能电池的物理基础 固体能带理论* 固体能带理论* 金属, 金属,绝缘体和半导体 导体能带分布图 绝缘体能带分布除非外电场相当强, 绝缘体能带分布除非外电场相当强 , 否则不 能使电子获得足够能量从满带跃迁到空带. 能使电子获得足够能量从满带跃迁到空带. 在常温下, 在常温下 , 满带中少数电子在热激发下能够 越过禁带跃迁到空带中去, 越过禁带跃迁到空带中去 , 这时半导体具有 一定的导电性. 一定的导电性. North China Electric Powe
5、r University 金属 Department of Electrical Engineering 电 力 工 绝缘体 程 系 半导体 5 2.2.1太阳能电池的物理基础 太阳能电池的物理基础(6) 太阳能电池的物理基础 本征半导体和参杂半导体* 本征半导体和参杂半导体 元素半导体: 元素半导体:由同一种原子组成的半导体 化合物半导体: 化合物半导体:由两种以上原子组成的半导体 本征半导体: 本征半导体:绝对纯的没有缺陷的半导体 本征载流子浓度n 本征硅中的电子浓度 本征硅中的电子浓度n等于空 本征载流子浓度 i:本征硅中的电子浓度 等于空 穴浓度p,称为本征载流子浓度n 穴浓度 ,称为
6、本征载流子浓度 i. ni随温度升高而增加,室温时硅的 i为1010/cm3 随温度升高而增加,室温时硅的n North China Electric Power University 电 力 工 程 系 Department of Electrical Engineering 6 2.2.1太阳能电池的物理基础 太阳能电池的物理基础(7) 太阳能电池的物理基础 本征半导体和参杂半导体* 本征半导体和参杂半导体 n型半导体:硅晶体中掺入少量 型半导体: 型半导体 五价元素磷或砷原子 或砷原子. 五价元素磷 或砷原子 . 磷或砷 原子称为施主. 原子称为施主 . 这种杂质半导 体主要靠施主能级激
7、发到导带 中去的电子来导电, 中去的电子来导电 , 称为电子 型半导体或n型半导体 型半导体. 型半导体或 型半导体. p型半导体:硅晶体中掺入少量 型半导体: 型半导体 三价硼原子 原子. 三价硼原子.硼原子称为受主 .这种杂质半导体的导电机构 主要取决于满带空穴运动, 主要取决于满带空穴运动,故 称空穴半导体或p型半导体 型半导体. 称空穴半导体或 型半导体. North China Electric Power University 电 力 工 程 系 Department of Electrical Engineering 7 2.2.1太阳能电池的物理基础 太阳能电池的物理基础(8)
8、 太阳能电池的物理基础 本征半导体和参杂半导体* 本征半导体和参杂半导体 n型半导体 : 施主浓度为 D , nND , 电子浓度 型半导体: 施主浓度为N 型半导体 远大于空穴浓度,电子为多数载流子称为多子, 远大于空穴浓度,电子为多数载流子称为多子, 空穴称为少子. 空穴称为少子. p型半导体:受主浓度为 A,p NA .电子少子 型半导体: 电子少子, 型半导体 受主浓度为NA, 空穴多子 同时存在施主和受主杂质时 nnND- NA(NDNA) ppNA- ND(NAND) North China Electric Power University 电 力 工 程 系 Departmen
9、t of Electrical Engineering 8 2.2.1太阳能电池的物理基础 太阳能电池的物理基础(9) 太阳能电池的物理基础 载流子浓度和费米能级 半导体平衡判据 np = N c N v e ( Ec Ev ) / kT = Nc N ve E g / kT =n 2 i 温度升高时,费米能级向本征费米能级靠近, 温度升高时,费米能级向本征费米能级靠近, 电子和空穴浓度不断增加,不论P型硅还是 型硅还是N型 电子和空穴浓度不断增加,不论 型硅还是 型 在温度很高时都会变成本征硅, 硅,在温度很高时都会变成本征硅, 电子浓度 n等于空穴浓度 . 等于空穴浓度p. 等于空穴浓度
10、North China Electric Power University 电 力 工 程 系 Department of Electrical Engineering 9 2.2.1太阳能电池的物理基础 太阳能电池的物理基础(10) 太阳能电池的物理基础 电子和空穴的运输 漂移和扩散:引起电子和空穴发生净位移, 漂移和扩散:引起电子和空穴发生净位移,即产 生电子和空穴的运输, 生电子和空穴的运输, 外电场引起漂移 载流子浓度差引起扩散 引起漂移, 外电场引起漂移,载流子浓度差引起扩散 半导体在外电场的作用下, 半导体在外电场的作用下,在载流子的热运动上 叠加的一个速度为漂移速度 在同一电场时
11、, 在同一电场时,电子漂移的速度比空穴快 产生与复合 产生-输运-复合过程,反映了包括太阳能 产生-输运-复合过程, 电池在内的大多数半导体器件工作过程, 电池在内的大多数半导体器件工作过程,对于分 析太阳能电池的工作性能很重要. 析太阳能电池的工作性能很重要. North China Electric Power University 电 力 工 程 系 Department of Electrical Engineering 10 2.2.1太阳能电池的物理基础 太阳能电池的物理基础(11) 太阳能电池的物理基础 产生与复合* 产生与复合 产生 热平衡状态下的 型半导体必须满足 型半导体必
12、须满足n 热平衡状态下的N型半导体必须满足 n0pn0=ni2 非平衡载流子或过剩载流子:受到光照时, 非平衡载流子或过剩载流子:受到光照时,价带中的 电子吸收光子中的能量跃迁进入导带, 电子吸收光子中的能量跃迁进入导带,在价带中留下 等两空穴.这些多于平衡浓度的光生电子和空穴叫非 等两空穴.这些多于平衡浓度的光生电子和空穴叫非 平衡载流子或过剩载流子. 平衡载流子或过剩载流子. 载流子的注入: 载流子的注入:这种由于外界条件的改变而使半导体 产生非平衡载流子的过程,称为载流子的注入 载流子的注入, 产生非平衡载流子的过程,称为载流子的注入,简称 注入或激发.有光注入,热注入电注入等. 注入或
13、激发.有光注入,热注入电注入等. 载流子的抽取: 载流子的抽取:半导体载流子浓度积小于平衡载流子 浓度积的情况. 浓度积的情况. 大注入: 大注入: nnpn nn0pn0=ni2 小注入: 小注入:nnpn nn0pn0=ni2 North China Electric Power University 电 力 工 程 系 Department of Electrical Engineering 11 2.2.1太阳能电池的物理基础 太阳能电池的物理基础(12) 太阳能电池的物理基础 产生与复合* 产生与复合 复合 载流子浓度偏离了其平衡值时, 载流子浓度偏离了其平衡值时 , 它们就有恢 复
14、平衡的倾向, 在注入的情况, 复平衡的倾向 , 在注入的情况 , 恢复平衡是 靠复合来实现的, 在抽取的情况, 靠复合来实现的 , 在抽取的情况 , 则靠载流 子的产生来实现. 子的产生来实现. 复合与产生互为逆过程, 产生时吸收能量, 复合与产生互为逆过程 , 产生时吸收能量 , 复合时释放能量. 表现为放出光子, 复合时释放能量 . 表现为放出光子 , 声子和 传递能量给其它载流子. 传递能量给其它载流子. 3种复合机构:直接复合,通过复合中心复合 种复合机构: 种复合机构 直接复合, ,表面复合 North China Electric Power University 电 力 工 程 系 Department of Electrical Engineering 12 2.2.2太阳能电池材料的光学特性 太阳能电池材料的光学特性(1) 太阳能电池材料的光学特性 半导体对光的吸收 吸收定律 垂直入射光I 反射率 , 垂直入射光 0,反射率R,吸收系数 距离前表面x处光谱辐照度: 处光谱辐照度:I 距离前表面 处光谱辐照度: x=I0(1-R)e-x 本征吸收和非本征吸收 本征吸收
