文档介绍：晶体硅太阳能电池基本原理-精选
PN结的形成
目录
太阳能电池的等效电路
光电转换原理
爱因斯坦划时代的光电理论
主要参考文献
半导体材料
爱因斯坦划时代的光电理论
20世纪最伟大的两个物理理论：相对论&量子力导体：
扩散运动
因浓度差，载流子沿浓度梯度由高浓度向低浓度方向的运动。
漂移运动
受电场力的驱使，载流子沿由高电势向低电势方向的运动
PN结的形成
n
p
n
p
n
p
PN结的形成
N区：高浓度电子向低浓度P区扩散
P区：高浓度空穴向低浓度N区扩散
N区：电子是多子，空穴是少子。
P区：空穴是多子，电子是少子。
N区：电子（带负电）移动后留下正电荷
P区：空穴（带正电）移动后留下负电荷
以上为多数载流子由高浓度向低浓度区的扩散运动的过程
n
p
n
p
n
p
电场方向由N区指向P区
PN结的形成
n
p
n
p
N区：多子即电子被由N区指向P区的电场阻挡无法向P区做扩散运动，
少子即空穴在由N区指向P区的电场驱动下向P区做漂移运动。
电场方向由N区指向P区
电场方向由N区指向P区
P区：多子即空穴被由N区指向P区的电场阻挡无法向N区做扩散运动，
少子即电子在由N区指向P区的电场驱动下向N区做漂移运动。
以上为少数载流子由电场力驱动做漂移运动的过程
PN结的形成
空间电荷区即内建电场（势垒区、阻挡层）：阻碍多数载流子做扩散运动

驱动少数载流子做漂移运动
扩散运动和漂移动最终达到平衡，即扩散电流=漂移电流，此时建立了空间电荷区。
平衡载流子
处于热平衡状态的半导体，在一定温度下，载流子浓度
是一定的，这种处于热平衡状态下的载流子浓度，称为平
衡载流子浓度。
n0 p0= ni2
PN结的形成
光电转换过程
太阳能电池发电要求：

1、必须有光的照射，可以是太阳光、单色光或模拟光。
2、光子注入到半导体后激发出电子、空穴对，此对电子空穴
必须有足够长的寿命，确保在分离前不会复合消失；
3、必须有一个静电场，使电子、空穴分离；
4、必须有电极分别收集电子和空穴输出到电池体外形成电流。
光电转换过程
非平衡载流子（光照产生非平衡载流子）
光电转换过程
非平衡载流子平均生存的时间称为非平衡载流子的寿命。

由于相对于非平衡多数载流子，非平衡少数载流子的影响处
于主导地位，因而非平衡载流子的寿命（常称为少数载流子
寿命，简称少子寿命）被用来衡量材料的质量。
非平衡载流子（光照产生非平衡载流子）
光电转换过程
处于非平衡状态的半导体，其载流子浓度也不再是n0和p0，
可以比他们多出一部分，多出这部分载流子称为非平衡载流子，
用△n和△p 表示。
光电转换过程
即此时就是材料的少子寿命
少子寿命
当时
光电转换过程
光电转换过程
PN结加正向偏压
即P区接电源正极，
N区接电源负极
空间电荷区的宽度减小，势垒高度从
qVD下降为q（VD-V）
光电转换过程
PN结加反向偏压
即P区接电源负极，
N区接电源正极
空间电荷区的宽度减小，势垒高度从
qVD增大为q（VD+V）
光电转换过程
P-N结的I-V特性

Shockley 方程：
Id =I0〔exp(qV/kT)-1〕

特点：单向导电性
光电转换的三个物理过程
1、吸收光能激发出非平衡电子一空穴对
2、非平衡电子和空穴从产生处向非均匀势场区运动
3、非平衡电子和空穴在非均匀势场作用下向相反方向运动而分离
△光生电流的方向相当于普通二极管的反向电流的方向。
△光照使PN结势垒降低等效于PN结外加正向偏压，形成正向注入电流。这个电流的方向与光生电流刚好相反，是太阳电池中的不利因素。
光电转换过程
光电转换过程
V
I
IL
V
I
IL
太阳电池的等效电路
重要参数

1、短路电流（Isc），
2、开路电压（Voc），
3、填充因子（FF），
4、转换效率