資料介紹
光生伏特效應(yīng)簡稱為光伏效應(yīng),指光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬組合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。
??? 產(chǎn)生這種電位差的機理有好幾種,主要的一種是由于阻擋層的存在。以下以P-N結(jié)為例說明。
熱平衡態(tài)下的P-N結(jié)
P-N結(jié)的形成:
??? 同質(zhì)結(jié)可用一塊半導(dǎo)體經(jīng)摻雜形成P區(qū)和N區(qū)。由于雜質(zhì)的激活能量ΔE很小,在室溫下雜質(zhì)差不多都電離成受主離子NA-和施主離子ND+。在PN區(qū)交界面處因存在載流子的濃度差,故彼此要向?qū)Ψ綌U散。設(shè)想在結(jié)形成的一瞬間,在N區(qū)的電子為多子,在P區(qū)的電子為少子,使電子由N區(qū)流入P區(qū),電子與空穴相遇又要發(fā)生復(fù)合,這樣在原來是N區(qū)的結(jié)面附近電子變得很少,剩下未經(jīng)中和的施主離子ND+形成正的空間電荷。同樣,空穴由P區(qū)擴散到N區(qū)后,由不能運動的受主離子NA-形成負(fù)的空間電荷。在P區(qū)與N區(qū)界面兩側(cè)產(chǎn)生不能移動的離子區(qū)(也稱耗盡區(qū)、空間電荷區(qū)、阻擋層),于是出現(xiàn)空間電偶層,形成內(nèi)電場(稱內(nèi)建電場)此電場對兩區(qū)多子的擴散有抵制作用,而對少子的漂移有幫助作用,直到擴散流等于漂移流時達到平衡,在界面兩側(cè)建立起穩(wěn)定的內(nèi)建電場。
P-N結(jié)能帶與接觸電勢差:
??? 在熱平衡條件下,結(jié)區(qū)有統(tǒng)一的EF;在遠(yuǎn)離結(jié)區(qū)的部位,EC、EF、Eν之間的關(guān)系與結(jié)形成前狀態(tài)相同。
??? 從能帶圖看,N型、P型半導(dǎo)體單獨存在時,EFN與EFP有一定差值。當(dāng)N型與P型兩者緊密接觸時,電子要從費米能級高的一方向費米能級低的一方流動,空穴流動的方向相反。同時產(chǎn)生內(nèi)建電場,內(nèi)建電場方向為從N區(qū)指向P區(qū)。在內(nèi)建電場作用下,EFN將連同整個N區(qū)能帶一起下移,EFP將連同整個P區(qū)能帶一起上移,直至將費米能級拉平為EFN=EFP,載流子停止流動為止。在結(jié)區(qū)這時導(dǎo)帶與價帶則發(fā)生相應(yīng)的彎曲,形成勢壘。勢壘高度等于N型、P型半導(dǎo)體單獨存在時費米能級之差:
qUD=EFN-EFP
得
UD=(EFN-EFP)/q
q:電子電量
UD:接觸電勢差或內(nèi)建電勢
對于在耗盡區(qū)以外的狀態(tài):
UD=(KT/q)ln(NAND/ni2)
NA、ND、ni:受主、施主、本征載流子濃度。
可見UD與摻雜濃度有關(guān)。在一定溫度下,P-N結(jié)兩邊摻雜濃度越高,UD越大。
禁帶寬的材料,ni較小,故UD也大。
光照下的P-N結(jié)
P-N結(jié)光電效應(yīng):????????????????
??? 當(dāng)P-N結(jié)受光照時,樣品對光子的本征吸收和非本征吸收都將產(chǎn)生光生載流子。但能引起光伏效應(yīng)的只能是本征吸收所激發(fā)的少數(shù)載流子。因P區(qū)產(chǎn)生的光生空穴,N區(qū)產(chǎn)生的光生電子屬多子,都被勢壘阻擋而不能過結(jié)。只有P區(qū)的光生電子和N區(qū)的光生空穴和結(jié)區(qū)的電子空穴對(少子)擴散到結(jié)電場附近時能在內(nèi)建電場作用下漂移過結(jié)。光生電子被拉向N區(qū),光生空穴被拉向P區(qū),即電子空穴對被內(nèi)建電場分離。這導(dǎo)致在N區(qū)邊界附近有光生電子積累,在P區(qū)邊界附近有光生空穴積累。它們產(chǎn)生一個與熱平衡P-N結(jié)的內(nèi)建電場方向相反的光生電場,其方向由P區(qū)指向N區(qū)。此電場使勢壘降低,其減小量即光生電勢差,P端正,N端負(fù)。于是有結(jié)電流由P區(qū)流向N區(qū),其方向與光電流相反。
??? 實際上,并非所產(chǎn)生的全部光生載流子都對光生電流有貢獻。設(shè)N區(qū)中空穴在壽命τp的時間內(nèi)擴散距離為Lp,P區(qū)中電子在壽命τn的時間內(nèi)擴散距離為Ln。Ln+Lp=L遠(yuǎn)大于P-N結(jié)本身的寬度。故可以認(rèn)為在結(jié)附近平均擴散距離L內(nèi)所產(chǎn)生的光生載流子都對光電流有貢獻。而產(chǎn)生的位置距離結(jié)區(qū)超過L的電子空穴對,在擴散過程中將全部復(fù)合掉,對P-N結(jié)光電效應(yīng)無貢獻。
光照下的P-N結(jié)電流方程:
??? 與熱平衡時比較,有光照時,P-N結(jié)內(nèi)將產(chǎn)生一個附加電流(光電流)Ip,其方向與P-N結(jié)反向飽和電流I0相同,一般Ip≥I0。此時
I=I0eqU/KT - (I0+Ip)
令I(lǐng)p=SE,則
I=I0eqU/KT - (I0+SE)
開路電壓Uoc:
??? 光照下的P-N結(jié)外電路開路時P端對N端的電壓,即上述電流方程中I=0時的U值:
0=I0eqU/KT - (I0+SE)
Uoc=(KT/q)ln(SE+I0)/I0≈(KT/q)ln(SE/I0)
短路電流Isc:
??? 光照下的P-N結(jié),外電路短路時,從P端流出,經(jīng)過外電路,從N端流入的電流稱為短路電流Isc。即上述電流方程中U=0時的I值,得Isc=SE。
??? Uoc與Isc是光照下P-N結(jié)的兩個重要參數(shù),在一定溫度下,Uoc與光照度E成對數(shù)關(guān)系,但最大值不超過接觸電勢差UD。弱光照下,Isc與E有線性關(guān)系。
a)無光照時熱平衡態(tài),NP型半導(dǎo)體有統(tǒng)一的費米能級,勢壘高度為qUD=EFN-EFP。
b)穩(wěn)定光照下P-N結(jié)外電路開路,由于光生載流子積累而出現(xiàn)光生電壓Uoc不再有統(tǒng)一費米能級,勢壘高度為q(UD-Uoc)。
c)穩(wěn)定光照下P-N結(jié)外電路短路,P-N結(jié)兩端無光生電壓,勢壘高度為qUD,光生電子空穴對被內(nèi)建電場分離后流入外電路形成短路電流。
d)有光照有負(fù)載,一部分光電流在負(fù)載上建立起電壓Uf,另一部分光電流被P-N結(jié)因正向偏壓引起的正向電流抵消,勢壘高度為q(UD-Uf)。
???????????????????????????????????????????
??? 產(chǎn)生這種電位差的機理有好幾種,主要的一種是由于阻擋層的存在。以下以P-N結(jié)為例說明。
熱平衡態(tài)下的P-N結(jié)
P-N結(jié)的形成:
??? 同質(zhì)結(jié)可用一塊半導(dǎo)體經(jīng)摻雜形成P區(qū)和N區(qū)。由于雜質(zhì)的激活能量ΔE很小,在室溫下雜質(zhì)差不多都電離成受主離子NA-和施主離子ND+。在PN區(qū)交界面處因存在載流子的濃度差,故彼此要向?qū)Ψ綌U散。設(shè)想在結(jié)形成的一瞬間,在N區(qū)的電子為多子,在P區(qū)的電子為少子,使電子由N區(qū)流入P區(qū),電子與空穴相遇又要發(fā)生復(fù)合,這樣在原來是N區(qū)的結(jié)面附近電子變得很少,剩下未經(jīng)中和的施主離子ND+形成正的空間電荷。同樣,空穴由P區(qū)擴散到N區(qū)后,由不能運動的受主離子NA-形成負(fù)的空間電荷。在P區(qū)與N區(qū)界面兩側(cè)產(chǎn)生不能移動的離子區(qū)(也稱耗盡區(qū)、空間電荷區(qū)、阻擋層),于是出現(xiàn)空間電偶層,形成內(nèi)電場(稱內(nèi)建電場)此電場對兩區(qū)多子的擴散有抵制作用,而對少子的漂移有幫助作用,直到擴散流等于漂移流時達到平衡,在界面兩側(cè)建立起穩(wěn)定的內(nèi)建電場。
P-N結(jié)能帶與接觸電勢差:
??? 在熱平衡條件下,結(jié)區(qū)有統(tǒng)一的EF;在遠(yuǎn)離結(jié)區(qū)的部位,EC、EF、Eν之間的關(guān)系與結(jié)形成前狀態(tài)相同。
??? 從能帶圖看,N型、P型半導(dǎo)體單獨存在時,EFN與EFP有一定差值。當(dāng)N型與P型兩者緊密接觸時,電子要從費米能級高的一方向費米能級低的一方流動,空穴流動的方向相反。同時產(chǎn)生內(nèi)建電場,內(nèi)建電場方向為從N區(qū)指向P區(qū)。在內(nèi)建電場作用下,EFN將連同整個N區(qū)能帶一起下移,EFP將連同整個P區(qū)能帶一起上移,直至將費米能級拉平為EFN=EFP,載流子停止流動為止。在結(jié)區(qū)這時導(dǎo)帶與價帶則發(fā)生相應(yīng)的彎曲,形成勢壘。勢壘高度等于N型、P型半導(dǎo)體單獨存在時費米能級之差:
qUD=EFN-EFP
得
UD=(EFN-EFP)/q
q:電子電量
UD:接觸電勢差或內(nèi)建電勢
對于在耗盡區(qū)以外的狀態(tài):
UD=(KT/q)ln(NAND/ni2)
NA、ND、ni:受主、施主、本征載流子濃度。
可見UD與摻雜濃度有關(guān)。在一定溫度下,P-N結(jié)兩邊摻雜濃度越高,UD越大。
禁帶寬的材料,ni較小,故UD也大。
光照下的P-N結(jié)
P-N結(jié)光電效應(yīng):????????????????
??? 當(dāng)P-N結(jié)受光照時,樣品對光子的本征吸收和非本征吸收都將產(chǎn)生光生載流子。但能引起光伏效應(yīng)的只能是本征吸收所激發(fā)的少數(shù)載流子。因P區(qū)產(chǎn)生的光生空穴,N區(qū)產(chǎn)生的光生電子屬多子,都被勢壘阻擋而不能過結(jié)。只有P區(qū)的光生電子和N區(qū)的光生空穴和結(jié)區(qū)的電子空穴對(少子)擴散到結(jié)電場附近時能在內(nèi)建電場作用下漂移過結(jié)。光生電子被拉向N區(qū),光生空穴被拉向P區(qū),即電子空穴對被內(nèi)建電場分離。這導(dǎo)致在N區(qū)邊界附近有光生電子積累,在P區(qū)邊界附近有光生空穴積累。它們產(chǎn)生一個與熱平衡P-N結(jié)的內(nèi)建電場方向相反的光生電場,其方向由P區(qū)指向N區(qū)。此電場使勢壘降低,其減小量即光生電勢差,P端正,N端負(fù)。于是有結(jié)電流由P區(qū)流向N區(qū),其方向與光電流相反。
??? 實際上,并非所產(chǎn)生的全部光生載流子都對光生電流有貢獻。設(shè)N區(qū)中空穴在壽命τp的時間內(nèi)擴散距離為Lp,P區(qū)中電子在壽命τn的時間內(nèi)擴散距離為Ln。Ln+Lp=L遠(yuǎn)大于P-N結(jié)本身的寬度。故可以認(rèn)為在結(jié)附近平均擴散距離L內(nèi)所產(chǎn)生的光生載流子都對光電流有貢獻。而產(chǎn)生的位置距離結(jié)區(qū)超過L的電子空穴對,在擴散過程中將全部復(fù)合掉,對P-N結(jié)光電效應(yīng)無貢獻。
光照下的P-N結(jié)電流方程:
??? 與熱平衡時比較,有光照時,P-N結(jié)內(nèi)將產(chǎn)生一個附加電流(光電流)Ip,其方向與P-N結(jié)反向飽和電流I0相同,一般Ip≥I0。此時
I=I0eqU/KT - (I0+Ip)
令I(lǐng)p=SE,則
I=I0eqU/KT - (I0+SE)
開路電壓Uoc:
??? 光照下的P-N結(jié)外電路開路時P端對N端的電壓,即上述電流方程中I=0時的U值:
0=I0eqU/KT - (I0+SE)
Uoc=(KT/q)ln(SE+I0)/I0≈(KT/q)ln(SE/I0)
短路電流Isc:
??? 光照下的P-N結(jié),外電路短路時,從P端流出,經(jīng)過外電路,從N端流入的電流稱為短路電流Isc。即上述電流方程中U=0時的I值,得Isc=SE。
??? Uoc與Isc是光照下P-N結(jié)的兩個重要參數(shù),在一定溫度下,Uoc與光照度E成對數(shù)關(guān)系,但最大值不超過接觸電勢差UD。弱光照下,Isc與E有線性關(guān)系。
a)無光照時熱平衡態(tài),NP型半導(dǎo)體有統(tǒng)一的費米能級,勢壘高度為qUD=EFN-EFP。
b)穩(wěn)定光照下P-N結(jié)外電路開路,由于光生載流子積累而出現(xiàn)光生電壓Uoc不再有統(tǒng)一費米能級,勢壘高度為q(UD-Uoc)。
c)穩(wěn)定光照下P-N結(jié)外電路短路,P-N結(jié)兩端無光生電壓,勢壘高度為qUD,光生電子空穴對被內(nèi)建電場分離后流入外電路形成短路電流。
d)有光照有負(fù)載,一部分光電流在負(fù)載上建立起電壓Uf,另一部分光電流被P-N結(jié)因正向偏壓引起的正向電流抵消,勢壘高度為q(UD-Uf)。
???????????????????????????????????????????
下載該資料的人也在下載
下載該資料的人還在閱讀
更多 >
- 智能電網(wǎng)無線聯(lián)網(wǎng)解決方案
- 半導(dǎo)體光伏效應(yīng)概述 0次下載
- 太陽能光伏發(fā)電的原理結(jié)構(gòu)和檢測系統(tǒng)組成及故障分析的詳細(xì)資料說明 1次下載
- 光伏效應(yīng)與太陽能光伏技術(shù)的全解析 16次下載
- 單晶硅太陽能電池半導(dǎo)體光伏效應(yīng)實驗 14次下載
- 側(cè)向光伏效應(yīng)的定義及其實驗研究(圖解) 7次下載
- 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)與電源系統(tǒng)詳述 10次下載
- 基于MATLAB Simulink的光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的仿真實驗 84次下載
- 光伏探測器里光伏器件原理及性能與光電二極、三級管等介紹 20次下載
- 光電轉(zhuǎn)換原理與pn結(jié)光伏探測器的工作模式介紹 23次下載
- 太陽能光伏電池的數(shù)學(xué)模型和串聯(lián)電阻對光伏電池的影響及其仿真結(jié)果的分析 6次下載
- 光伏并網(wǎng)逆變器分類和非隔離拓?fù)涞仉娏鞣治龅慕榻B 16次下載
- 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)孤島效應(yīng)的仿真與實驗研究
- 太陽能光伏技術(shù)資料匯總
- 太陽能光伏技術(shù)
- MOS管在光伏逆變器中的應(yīng)用 356次閱讀
- 光伏發(fā)電的原理是什么?如何選擇負(fù)載電阻? 823次閱讀
- 光伏發(fā)電原理及工作過程 光伏設(shè)備有哪些 2258次閱讀
- 帶間級聯(lián)紅外探測器的光電流輸運與量子效率研究 768次閱讀
- 什么是光伏 16.2w次閱讀
- 有機太陽能電池工作原理_有機太陽能電池的結(jié)構(gòu) 1.5w次閱讀
- 淺析光伏逆變器的工作原理 4.6w次閱讀
- 研究一類新型的體光伏效應(yīng),與通常的基于pn結(jié)的太陽能電池不同 1.2w次閱讀
- 硅光電池結(jié)構(gòu)與工作原理及其應(yīng)用 2.5w次閱讀
- 中國光伏十大名牌排行 17.5w次閱讀
- 能源互聯(lián)網(wǎng)打通分布式光伏經(jīng)脈 4056次閱讀
- 光伏對人體有害嗎 2.3w次閱讀
- 光伏組件PID效應(yīng) 5975次閱讀
- 光電池工作原理及組成_基本參數(shù) 4.6w次閱讀
- 光伏發(fā)電的基本原理_光伏發(fā)電高壓并網(wǎng)原理_光伏發(fā)電電路圖 12.7w次閱讀
下載排行
本周
- 1電子電路原理第七版PDF電子教材免費下載
- 0.00 MB | 1490次下載 | 免費
- 2單片機典型實例介紹
- 18.19 MB | 92次下載 | 1 積分
- 3S7-200PLC編程實例詳細(xì)資料
- 1.17 MB | 27次下載 | 1 積分
- 4筆記本電腦主板的元件識別和講解說明
- 4.28 MB | 18次下載 | 4 積分
- 5開關(guān)電源原理及各功能電路詳解
- 0.38 MB | 10次下載 | 免費
- 6基于AT89C2051/4051單片機編程器的實驗
- 0.11 MB | 4次下載 | 免費
- 7藍牙設(shè)備在嵌入式領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用
- 0.63 MB | 3次下載 | 免費
- 89天練會電子電路識圖
- 5.91 MB | 3次下載 | 免費
本月
- 1OrCAD10.5下載OrCAD10.5中文版軟件
- 0.00 MB | 234313次下載 | 免費
- 2PADS 9.0 2009最新版 -下載
- 0.00 MB | 66304次下載 | 免費
- 3protel99下載protel99軟件下載(中文版)
- 0.00 MB | 51209次下載 | 免費
- 4LabView 8.0 專業(yè)版下載 (3CD完整版)
- 0.00 MB | 51043次下載 | 免費
- 5555集成電路應(yīng)用800例(新編版)
- 0.00 MB | 33562次下載 | 免費
- 6接口電路圖大全
- 未知 | 30320次下載 | 免費
- 7Multisim 10下載Multisim 10 中文版
- 0.00 MB | 28588次下載 | 免費
- 8開關(guān)電源設(shè)計實例指南
- 未知 | 21539次下載 | 免費
總榜
- 1matlab軟件下載入口
- 未知 | 935053次下載 | 免費
- 2protel99se軟件下載(可英文版轉(zhuǎn)中文版)
- 78.1 MB | 537791次下載 | 免費
- 3MATLAB 7.1 下載 (含軟件介紹)
- 未知 | 420026次下載 | 免費
- 4OrCAD10.5下載OrCAD10.5中文版軟件
- 0.00 MB | 234313次下載 | 免費
- 5Altium DXP2002下載入口
- 未知 | 233045次下載 | 免費
- 6電路仿真軟件multisim 10.0免費下載
- 340992 | 191183次下載 | 免費
- 7十天學(xué)會AVR單片機與C語言視頻教程 下載
- 158M | 183277次下載 | 免費
- 8proe5.0野火版下載(中文版免費下載)
- 未知 | 138039次下載 | 免費
評論
查看更多