文档介绍：太阳能电池(硅)工作原理
太阳能电池(硅)工作原理
太阳能电池分类
半导体及其主要特征
半导体物理有关概念
本证半导体
杂质半导体
PN结
太阳能电池原理
按照结构分类:
同质结太阳能电池:同一半导体材料
异质结太阳能电池:不同半导体材料
肖特基太阳能电池:金属与半导体界面肖特基势垒
多结太阳能电池:多个pn结,复合半导体电池
液结太阳能电池:电解液和半导体
按照材料分类:
硅太阳能电池:单晶硅、多晶硅、
化合物半导体太阳能电池:具有半导体特性的化合物,砷化镓、硫化镉
有机半导体太阳能电池:含有一定数量炭-炭键的半导体材料做成的电池,如萘、、芳烃-卤素络合物、高聚物等
薄膜太阳能电池:用单质、无机物、有机物等材料制作的薄膜作为机体材料的太阳能电池,如非晶硅薄膜、单晶硅薄膜、纳米晶薄膜太阳能电池
2 半导体及其主要特征
在物理学中。根据材料的导电能力,可以将他们划分导体、绝缘体和半导体。
导体:导电能力强,电阻率10-8~10-6Ω·m,如金银铜铁等
绝缘体:导电能力弱或基本不导电,电阻率108~1020Ω·m,橡胶、塑料、木材、玻璃
半导体:导电能力居中,电阻率10-5~107Ω·m,锗、硅、砷化镓等
典型的半导体是硅Si和锗Ge,它们都是4价元素。
材料分类
半导体特性
导电能力介于导体与绝缘体之间的,称之为半导体。
(1)热敏性:导体的导电能力对温度反应灵敏,受温度影响大。当环境温度升高时,其导电能力增强,称为热敏性。利用热敏性可制成热敏元件。
(2)光敏性:导体的导电能力随光照的不同而不同。当光照增强时,导电能力增强,称为光敏性。利用光敏性可制成光敏元件。
(3)掺杂性:导体更为独特的导电性能体现在其导电能力受杂质影响极大,称为掺杂性。
例如:
锗的温度从200℃升到300 ℃,电阻率下降一半
纯硅中掺杂百万分之一的硼,
晶体:具有明确熔点的物质
非晶体:无明确熔点,加热时逐渐软化
所有晶体都是由原子、分子、离子或这些粒子集团在空间按一定规则排列而成 的。这种对称的、有规则的排列,叫晶体的点阵或晶体格子,简称为晶格。
单晶体:整块材料从头到尾都按同一规则作周期性排列的晶体
多晶体:整个晶体由多个同样成分、同样晶体结构的小晶体组成的晶体
硅的原子序数为14,即其原子核周围有14个电子,这些电子按照轨道层层分布:
晶体原子组成
典型的半导体是硅Si和锗Ge,它们都是4价元素。
硅原子
锗原子
硅和锗最外层轨道上的四个电子称为价电子。
+14
2
8
4
Ge
+32
2
8
18
4
+4
一种元素的化学性质和物理性质是由其原子结构决定的,其中外层电子的数目起着最为重要的作用。
习惯上把外层电子称为价电子,一个原子有几个外层电子就称它为几价。
硅(Si)是第四族元素,称为4价元素;
硼(B)、铝、镓、铟为3价元素;
氮、磷(P)、砷为5价元素。
原子和原子的结合,主要靠外层的互相交合以及价电子运动的变化。
电子在原子核周围转动时,每一层轨道上的电子都有确定的能量,最里层的轨道相应于最低的能量,第二层轨道具有较大的能量,越是外层的电子受原子核的束缚越弱而能量越大。
晶体中,原子电场相互叠加,轨道对应的能级由单个能级变为能量接近但又不同的能级,称为能带。
外层:能带宽
有的填满
内层:能带窄
被电子填满