能带理论用来详细解释PN结形成和光生伏特原理-也很有用.doc

能带理论用来详细解释 PN 结形成和光生伏特原理 - 也很有用
能带理论在半导体光生伏特效应中的应用
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【】内的内容在看见
上图以后还是不明白
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相
中
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出
不
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互结合。但【一部分光生电子 (载流子 )会移动 同到能级较低的 n 型导带，光生空穴 (载流子 )会 的移动到能级较低的 p 型价带】。其结果是在 固 n 型中负电荷增加， 在 p 型中正电荷增加， 相
形成电流。但是，这种电荷的增加不会无限进行下去，正负电荷相互分离后，会产生反电位，而阻止正负电荷进一步积累。这种反电位与正负电荷移动趋势相互平衡所到达的平衡状态，就是该太阳能电池产生的电动势的最大值。
图光生伏特效应示意图
二、光生伏特效应的物理本质（ 详细介绍 ）
1、 p-n 结中 p 型和 n 型半导体接触 初始瞬间的能级状态
在一个半导体中形成 p 型和 n 型两个区域，p 型和 n 型的界面就是 p-n 结。图表示 p-n 结在结合瞬间的能级状态。
由于 P 型区域的费密能级低于 n 型区域的费密能级，电子就会从 n 型流向 p 型，
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没
有
光
照
的
时
候
以提高 p 型区域的费米能级（ 千万要知道
费米函数、费米能级研究对象都是电子 ）（见下图，就很好）。另外，空穴也从 p 型流向 n 型。电子和空穴的这种 扩散运动 使得 n 型区域带正电 （正离子区） ，p 型区域带负电（负离子区） 。所以，p 型半导体与 n 型半导体结合后，在接触面会形成 局部电位差， 这一电位差将阻碍载流子继续相互扩散。
扩散运动
扩散运动
结在结合瞬间的能级状态
图表示处于热平衡状态下的 p-n 结的能级状态。此时， P 型区域和 n 型区域的费密能级相等。在 p-n 结附近存在一个载流子耗尽区。在这个耗尽区 n 型区域
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没
有
光
照
的
时
候
的载流子电子和 p 型区域的载流子相互结合而消失，在 n 型区域留下了不能移动的施主离子 ，在 p 型区域则留下了不能移动的受主离子 。以接触面为界限 n 型区域有一个带正电的 空间电荷层 ，在 p 型区域有一个带负电的 空间电荷层 。这个空间电荷层产生一个扩散电压。（内建电场 ）
没
有
光
照
的
时
候
图处于热平衡状态下的
p-n 结的能级状态
当太阳光射入到 p-n 结时，p 型区域和
有
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光
照
型区域 都有可能出现电子激发现象，如
图所示。当太阳光射入到 p-n 结时，
n 型区域的价带 Ev 电子被激发到导带 Ec 上后，就停留在 n 型的导带上，而由于 p-n
结的 p 型区域带负电的吸引作用 （负离子区），在 n 型价带上发生上述的同时形成的空穴，会迁移到能量更稳定的 p 型的价带上去。当太阳光射入到 p-n 结时， p 型区域的价电子被激发到导带 Ec 上后，由于
p-n 结的 n 型区域带正电的吸引作用 （正离子区），p 型区域的价电子将迁移到能量更稳定的 n 型的导带 Ec 上，而在 p 型区域价带 Ev 上同时形成的空穴则停留在该价带 Ev 上。这样一来， p-n 结不仅能将光子能量转变成电荷能量，更重要的是能够在空间位置 (p 型区域和 n 型区域 )上将正负电荷分离开来。如果在 p-n 结的外部接上回路，这些被分离的正负电荷就可以通过回路相互结合，这就是太阳能电池。
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