第九章補(bǔ)充太陽能電池原理

一、太陽能電池和太陽光1.1引言太陽能電池利用半導(dǎo)體材料的電子特性，把陽光直接轉(zhuǎn)換為電能。光能太陽能電池分類1.硅太陽能電池單晶硅太陽電池：采用單晶硅片制造制造，性能穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換效率高。目前轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到16%--18%。多晶硅太陽電池：作為原料的高純硅不是拉成單晶，而是熔化后澆鑄成正方形硅錠，然后使用切割機(jī)切成薄片，再加工成電池。由于硅片是由多個(gè)不同大小、不同取向的晶粒構(gòu)成，因而轉(zhuǎn)換效率低。目前轉(zhuǎn)換效率達(dá)到15%--17%。多晶硅太陽電池生產(chǎn)流程直拉法拉制單晶示意圖及單晶爐非晶硅太陽電池：一般采用高頻輝光放電等方法使硅烷氣體分解沉積而成。一般在P層與N層之間加入較厚的I層。非晶硅太陽電池的厚度不到1μm，不足晶體硅太陽電池厚度的1/100，降低制造成本。目前轉(zhuǎn)換效率為5%--8%，最高效率達(dá)14.6%，層疊的最高效率可達(dá)21.0%。微晶硅太陽電池：在接近室溫的低溫下制備，特別是使用大量氫氣稀釋的硅烷，可以生成晶粒尺寸10nm的微晶硅薄膜，薄膜厚度一般在2---3μm，目前轉(zhuǎn)換效率為10%以上。2.化合物太陽能電池單晶化合物太陽電池：主要有砷化鎵太陽電池（如圖）。砷化鎵的能隙為1.4eV，是單結(jié)電池中效率最高的電池，但價(jià)格昂貴，且砷有毒，所以極少使用。多晶化合物太陽電池：主要有碲化鎘太陽電池（如圖）

，銅銦鎵硒太陽電池等。碲化鎘太陽電池是最早發(fā)展的太陽電池之一，工藝過程簡(jiǎn)單，制造成本低，轉(zhuǎn)換效率超過16%，不過鎘元素可能造成環(huán)境污染。銅銦鎵硒太陽電池在基地上成績(jī)銅銦鎵硒薄膜，基地一般采用玻璃，也可用不銹鋼作為柔性襯底。實(shí)驗(yàn)室最高效率接近20%，成品組件達(dá)到13%，是目前薄膜電池中效率最高的電池之一。1太陽能電池的原理

P區(qū)N區(qū)內(nèi)建電場(chǎng)

耗盡區(qū)P區(qū)空間電荷區(qū)N區(qū)

當(dāng)入射輻射作用在PN結(jié)區(qū)時(shí)，本征吸收產(chǎn)生光生電子與空穴在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下做漂移運(yùn)動(dòng)，電子被內(nèi)建電場(chǎng)拉到N區(qū)，空穴被拉到P區(qū)。結(jié)果P區(qū)帶正電，N區(qū)帶負(fù)電，形成伏特電壓。I光

P

N將PN結(jié)兩端用導(dǎo)線連起來，電路中有電流流過，電流的方向由P區(qū)流經(jīng)外電路至N區(qū)。若將外電路斷開，就可測(cè)出光生電動(dòng)勢(shì)。2太陽能電池的結(jié)構(gòu)1.3陽光的物理來源太陽實(shí)質(zhì)上是一個(gè)由其中心發(fā)生的核聚變反應(yīng)所加熱的氣體球。熱物體發(fā)出電磁輻射，其波長(zhǎng)或光譜分布由該物體的溫度所決定。例如：鐵塊燃燒時(shí)，溫度升高過程：從看不出發(fā)光到暗紅到橙色到黃白色。黑體所發(fā)出的輻射的光譜分布由普朗克輻射定律決定。0123

6瑞利-金斯公式2

4普朗克公式的理論曲線實(shí)驗(yàn)值****************T=2000K每條曲線都有一個(gè)最大值，最大值的位置隨溫度升高向短波方向移動(dòng)。太陽的核心溫度高達(dá)2×107K光球?qū)拥臏囟葹?000K。在此溫度下與黑體輻射光譜很接近。1.4太陽常數(shù)在地球大氣層之外，地球—-太陽平均距離處，垂直于太陽光方向的單位面積上的輻射功率基本上為一常數(shù)，這個(gè)輻射強(qiáng)度稱為太陽常數(shù)，或稱此輻射為大氣光學(xué)質(zhì)量為零（AM0）的輻射。太陽常數(shù)1.353kW/m21.5地球表面的日照強(qiáng)度陽光穿過地球大氣層時(shí)至少衰減了30%。造成衰減的原因：1.瑞利散射或大氣中的分子引起的散射。2.懸浮微粒和灰塵引起的散射。3.大氣及其組成氣體，特別是氧氣、臭氧、水蒸氣和二氧化碳的吸收。輸入100%臭氧20—40km高層塵埃15—25km大氣分子0—30km水蒸汽0—3km低層塵埃0—3km2%1%8%6%1%18%吸收0.5%1.0%0.5%1.0%1%4%1%1%7%散射到地表70%直達(dá)地表3%散射到太空決定總?cè)肷涔β首钪匾膮?shù)是光線通過大氣層的路程。太陽在頭頂正上方時(shí)，路程最短。實(shí)際路程和此最短路程之比稱為大氣光學(xué)質(zhì)量（AM）。1.太陽在頭頂正上方時(shí)，大氣光學(xué)質(zhì)量為1，這時(shí)的輻射稱為大氣光學(xué)質(zhì)量1（AM1）的輻射。2.當(dāng)太陽和頭頂正上方成一個(gè)角度θ時(shí)，大氣光學(xué)質(zhì)量為：

AM=1/cosθ例：當(dāng)θ=60°時(shí)，AM=1/cos60=2EarthAM0AM1AM1.5大氣層45o在無法知道θ值的情況下，如何估算大氣光學(xué)質(zhì)量AM？hSh：物體的高度s：豎直物體投影的陰影長(zhǎng)度1.6直接輻射和漫射輻射到達(dá)地面的太陽光，除了直接由太陽輻射來的分量之外，還包括大氣層散射引起的相當(dāng)可觀的間接輻射或漫射輻射分量。1.直接輻射太陽高度角增大，直接輻射增強(qiáng)。大氣透明系數(shù)增加，直接輻射增強(qiáng)。海拔高度升高，直接輻射增強(qiáng)。緯度高，直接輻射增強(qiáng)。2.散射輻射

太陽輻射在大氣中遇到空氣分子或微小的質(zhì)點(diǎn)時(shí)，當(dāng)這些質(zhì)點(diǎn)的直徑小于組成太陽輻射的電磁波長(zhǎng)時(shí)，太陽輻射中的一部分能量就以電磁波的形式從該質(zhì)點(diǎn)向四面八方傳播出去。通過散射形式傳播的能量稱為散射輻射。散射只改變輻射的傳播方向，不吸收太陽輻射。波長(zhǎng)越短，散射越強(qiáng)?？梢姽庵?，紫光和藍(lán)光波長(zhǎng)最短，散射最強(qiáng)。大氣層當(dāng)日照特別少的天氣，大部分輻射是漫射輻射。漫射陽光的光譜成分通常不同于直射陽光的光譜成分。一般而言，漫射陽光中含有豐富的較短波長(zhǎng)的光或“藍(lán)”波長(zhǎng)的光，這使太陽能電池系統(tǒng)接收到光的光譜成分產(chǎn)生了變化。聚光式光伏系統(tǒng)只能在一定角度內(nèi)接收太陽光。為了利用太陽光的直接輻射分量，系統(tǒng)必須隨時(shí)跟蹤太陽。二半導(dǎo)體的特性1引言自然界物質(zhì)存在的狀態(tài)分為液態(tài)、氣態(tài)、固態(tài)。固態(tài)物質(zhì)根據(jù)它們的質(zhì)點(diǎn)（原子、離子和分子）排列規(guī)則的不同，分為晶體和非晶體兩大類。具有確定熔點(diǎn)的固態(tài)物質(zhì)稱為晶體，如硅、砷化鎵、冰及一般金屬等；沒有確定的熔點(diǎn)，加熱時(shí)在某以溫度范圍內(nèi)就逐漸軟化的固態(tài)物質(zhì)稱為非晶體，如玻璃、松香等。晶體又分為單晶體和多晶體。整塊材料從頭到尾都按同以規(guī)則作周期性排列的晶體，稱為單晶體。整個(gè)晶體由多個(gè)同樣成分、同樣晶體結(jié)構(gòu)的小晶體（即晶粒）組成的晶體，稱為多晶體。硅材料有多種形態(tài)，按晶體結(jié)構(gòu)，可分為單晶硅、多晶硅和非晶硅。單晶硅：原子在整個(gè)晶體中排列有序多晶硅：原子在微米數(shù)量級(jí)排列有序非晶硅：短程序包含：1、近鄰原子的種類和數(shù)目；2、近鄰原子之間的距離（鍵長(zhǎng)）；3、近鄰原子的幾何方位（鍵角）；原子在原子尺度上排列有序單晶、多晶和非晶體原子排列金剛石結(jié)構(gòu)（與硅、鍺等半導(dǎo)體類似）金剛石109o28′共價(jià)鍵2禁帶寬度真空中的電子得到的能量值基本是連續(xù)的，但在晶體中情況不同。原子的殼層模型認(rèn)為，原子的中心是一個(gè)帶正電荷的核，核外存在著一系列不連續(xù)的、由電子運(yùn)動(dòng)軌道構(gòu)成的殼層，電子只能在殼層里繞核轉(zhuǎn)動(dòng)。在穩(wěn)定狀態(tài)，每個(gè)殼層里運(yùn)動(dòng)的電子具有一定的能量狀態(tài)，所以一個(gè)殼層相當(dāng)于一個(gè)能量等級(jí)，稱為能級(jí)。+14E5E4E3(4)E2(8)E1(2)一個(gè)能級(jí)也表示電子的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所以能態(tài)、狀態(tài)與能級(jí)的含義相同。圖為硅原子的電子能級(jí)圖。+14能級(jí)能級(jí)能級(jí)能帶能帶能帶禁帶禁帶電子軌道對(duì)應(yīng)的能帶在孤立原子中，電子只能在各允許軌道上運(yùn)動(dòng)。晶體中，原子之間距離很近，相鄰原子的電子軌道相互重疊、互相影響。與軌道相對(duì)應(yīng)的能級(jí)分裂成為能量非常接近但又大小不同的許多電子能級(jí)，稱為能帶。每層軌道都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的能帶。電子在每個(gè)能帶中的分布，一般是先填滿能量較低的能級(jí)，然后逐步填充能量較高的能級(jí)，并且每條能級(jí)只允許填充兩個(gè)具有同樣能量的電子。能級(jí)能帶電子電子在價(jià)帶上的分布

內(nèi)層電子能級(jí)所對(duì)應(yīng)的能帶，都是被電子填滿的。最外層價(jià)電子能級(jí)所對(duì)應(yīng)的能帶，有的被電子填滿，有的未被填滿，主要取決于晶體種類。硅、鍺等半導(dǎo)體晶體的價(jià)電子能帶全部被電子填滿。3允許能態(tài)的占有幾率低溫下（0K），晶體的某一能級(jí)以下的所有可能能態(tài)都被兩個(gè)電子占據(jù)，該能級(jí)稱為費(fèi)米能級(jí)（EF）。10ET>0T=00.5EF接近于0K時(shí)，能量低于EF，f(E)基本上是1，能量高于EF，f(E)為零。允許能態(tài)被電子占據(jù)的方式EFEFEF(a)在金屬中(b)在絕緣體中(c)在半導(dǎo)體中4電子和空穴底層完全被汽車占滿，而頂層完全空著，因此沒任何可供汽車移動(dòng)的余地。其中一輛車從第一層移動(dòng)到第二層，那么第二層的汽車就能任意自由移動(dòng)。5電子和空穴的動(dòng)力學(xué)對(duì)于晶體導(dǎo)帶內(nèi)的電子，牛頓定律變?yōu)椋簩?dǎo)帶中能量接近最小能值的電子：價(jià)帶中能量接近最大值的空穴：OECEV能量OECEV能量能量動(dòng)量能量動(dòng)量直接帶隙情況間接帶隙情況6電子和空穴的密度1、單位體積晶體中，在導(dǎo)帶內(nèi)的電子數(shù)2、單位體積晶體中，在價(jià)帶內(nèi)的空穴數(shù)表示導(dǎo)帶底Ec處的能態(tài)為電子占據(jù)的幾率表示價(jià)帶頂Ev處的能態(tài)為空穴占據(jù)的幾率本征型導(dǎo)帶中只有很少的電子，價(jià)帶中電子很多，只有很少空穴，費(fèi)米分布函數(shù)對(duì)于能級(jí)EF是對(duì)稱的。導(dǎo)帶和價(jià)帶中的電子能態(tài)數(shù)相同，導(dǎo)帶中的電子數(shù)和價(jià)帶中的空穴數(shù)也相同，即EF必定位于禁帶中線0.51EFEcEFEvN型0.51EFEcEFEv導(dǎo)帶電子濃度比本征情況要大得多，而導(dǎo)帶中能態(tài)的密度與本征情況是一樣的，因此N型半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)連同整個(gè)費(fèi)米分布函數(shù)將一起在能帶圖上向上移動(dòng)。P型0.51EFEcEFEvP型半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)連同整個(gè)費(fèi)米分布函數(shù)將一起在能帶圖上向下移動(dòng)。注：溫度升高時(shí)，費(fèi)米能級(jí)向本征費(fèi)米能級(jí)靠近，電子和空穴濃度不斷增加，不論是P還是N，在溫度很高時(shí)都會(huì)變成本征硅。7Ⅳ族半導(dǎo)體的鍵模型在硅晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點(diǎn)陣，每個(gè)原子都處在正四面體的中心，而四個(gè)其它原子位于四面體的頂點(diǎn)，每個(gè)原子與其相臨的原子之間形成共價(jià)鍵，共用一對(duì)價(jià)電子。硅的晶體結(jié)構(gòu)：硅晶體中的正常鍵共價(jià)鍵電子被激發(fā)，晶體中出現(xiàn)空穴+4+4+4+48Ⅲ族和Ⅴ族摻雜劑五價(jià)原子砷摻入四價(jià)硅中，多余的價(jià)電子環(huán)繞離子運(yùn)動(dòng)價(jià)帶導(dǎo)帶施主能級(jí)空穴三價(jià)原子硼摻入四價(jià)鍺晶體中，空穴環(huán)繞

離子運(yùn)動(dòng)價(jià)帶導(dǎo)帶受主能級(jí)9載流子濃度（單位體積的載流子數(shù)目）載流子的運(yùn)動(dòng)形式有兩種：漂移運(yùn)動(dòng)與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。（1）.漂移運(yùn)動(dòng)載流子在外電場(chǎng)作用下的運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)，由此引起的電流稱為漂移電流。（2）、擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)半導(dǎo)體材料內(nèi)部由于載流子的濃度差而引起載流子的移動(dòng)稱為載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。空穴將從濃度高的向濃度低的方向擴(kuò)散，形成擴(kuò)散電流IP，濃度差越大，擴(kuò)散電流越大。小結(jié)：

①在電場(chǎng)作用下，任何載流子都要作漂移運(yùn)動(dòng)。一般少子數(shù)目少于多子數(shù)目，因此漂移電流主要是多子貢獻(xiàn)。②擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)中，只有注入的少子存在很大的濃度梯度，因此擴(kuò)散電流主要是少子貢獻(xiàn)。三、產(chǎn)生、復(fù)合及器件物理學(xué)的基本方程在半導(dǎo)體中，載流子包括導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶中的空穴。由于晶格的熱運(yùn)動(dòng)，電子不斷從價(jià)帶被激發(fā)到導(dǎo)帶，形成一對(duì)電子和空穴，這就是載流子產(chǎn)生的過程。在不存在外電場(chǎng)時(shí)，由于電子和空穴在晶格中的運(yùn)動(dòng)是沒有規(guī)則的，所以在運(yùn)動(dòng)中電子和空穴常常碰在一起，即電子跳到空穴位置把空穴填補(bǔ)掉，這時(shí)，電子和空穴就隨之消失。這種半導(dǎo)體的電子和空穴在運(yùn)動(dòng)中相遇而造成的消失，并釋放出多余能量的現(xiàn)象，稱為載流子復(fù)合。在一定溫度下，半導(dǎo)體內(nèi)不斷產(chǎn)生電子和空穴，電子和空穴不斷復(fù)合，如果沒有外表的光和電的影響，那么單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生和復(fù)合的電子與空穴即達(dá)到相對(duì)平衡，稱為平衡載流子。這種半導(dǎo)體的總載流子濃度保持不變的狀態(tài)，稱為熱平衡狀態(tài)。在外界因素的作用下，例如n型硅受到光照時(shí)，價(jià)帶中的電子吸收光子能量跳入導(dǎo)帶（光生電子），在價(jià)帶中留下等量空穴（光激發(fā)），電子和空穴的產(chǎn)生率就大于復(fù)合率。這些多余平衡濃度的光生電子和空穴，稱為非平衡載流子或過剩載流子。由于外界條件的改變而使半導(dǎo)體產(chǎn)生非平衡載流子的過程，稱為載流子注入。載流子注入的方法有多種。用適當(dāng)波長(zhǎng)的光照射半導(dǎo)體使之產(chǎn)生非平衡載流子，叫光注入。用電學(xué)方法使半導(dǎo)體產(chǎn)生非平衡載流子，叫電注入。半導(dǎo)體中非平衡少數(shù)載流子從產(chǎn)生到復(fù)合的平均時(shí)間間隔稱為壽命。在n型半導(dǎo)體中出現(xiàn)非平衡的電子和空穴時(shí)，電子是非平衡多子，空穴是非平衡少子。P型半導(dǎo)體中，空穴是非平衡多子，電子是非平衡少子。在低注入條件下，非平衡多子和少子之間是少子處于主導(dǎo)地位，少子壽命就是非平衡少子產(chǎn)生、復(fù)合又消失的時(shí)間。載流子的復(fù)合導(dǎo)帶價(jià)帶EF1.直接復(fù)合導(dǎo)帶電子直接跳回價(jià)帶與空穴復(fù)合叫直接復(fù)合。2.間接復(fù)合電子和空穴通過復(fù)合中心復(fù)合叫作間接復(fù)合。由于半導(dǎo)體中晶體的不完整性和存在有害雜質(zhì)，在禁帶中存在一些深能級(jí)，這些能級(jí)能俘獲自由電子和自由空穴，從而使它們復(fù)合，這種深能級(jí)稱為復(fù)合中心。導(dǎo)帶價(jià)帶EF復(fù)合中心通常，在自由載流子密度較低時(shí)，復(fù)合過程主要是通過復(fù)合中心進(jìn)行；在自由載流子密度較高時(shí)，復(fù)合過程則主要是直接復(fù)合。3.表面復(fù)合復(fù)合過程可發(fā)生在半導(dǎo)體內(nèi)，也可發(fā)生在半導(dǎo)體表面。電子和空穴發(fā)生于半導(dǎo)體內(nèi)的復(fù)合叫體內(nèi)復(fù)合；電子和空穴發(fā)生于靠近半導(dǎo)體表面的一個(gè)非常薄的區(qū)域內(nèi)的復(fù)合叫作表面復(fù)合。導(dǎo)帶價(jià)帶EF表面陷阱四、p-n結(jié)二極管導(dǎo)電能力最終決定于：

1.載流子的多少；2.載流子的性質(zhì)；3.載流子的運(yùn)動(dòng)速度。一.本征半導(dǎo)體指“純凈”的半導(dǎo)體單晶體。在常溫下，它有微弱的導(dǎo)電能力，其中載流子是由本征熱激發(fā)產(chǎn)生的。激發(fā)使“電子——空穴對(duì)”增加，復(fù)合使“電子——空穴對(duì)”減少，一定溫度下，這兩種過程最終將達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，在動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)下，單位時(shí)間內(nèi)激發(fā)產(chǎn)生的載流子數(shù)目等于因復(fù)合消失的載流子數(shù)目，因而自由電子（或空穴）的濃度不再發(fā)生變化，該濃度統(tǒng)稱為“本征載流子濃度”ni。1PN靜電學(xué)ni=n0=p0式中，n0表示熱平衡狀態(tài)下的電子濃度，p0表示熱平衡狀態(tài)下的空穴濃度，在T=300K時(shí)，Si的ni=1.5×1010/cm3,Ge的ni=2.4×1013/cm3溫度愈高，本征激發(fā)產(chǎn)生的載流子數(shù)目愈多，ni愈大，導(dǎo)電性能也就愈好。注意：

ni的絕對(duì)數(shù)值似乎很大，但與原子密度相比，本征載流子濃度仍然極小，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力是很差的。2.雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中，摻入即使是極微量的其他元素（統(tǒng)稱為雜質(zhì)），其導(dǎo)電性能將大大增強(qiáng)。例如摻入0.0001%雜質(zhì)，半導(dǎo)體導(dǎo)電能力將提高106倍！即在一定溫度下，雜質(zhì)半導(dǎo)體中，多數(shù)載流子濃度與少數(shù)載流子濃度的乘積是一個(gè)常數(shù).例1為了獲得N型硅單晶，摻入五價(jià)元素磷，磷的含量為0.0000003℅，試求：解：（1）由于硅原子密度為故施主雜質(zhì)濃度（磷）(2)摻雜前后空穴濃度的變化。已知T=300K。(1)摻雜前后電子濃度的變化；N型半導(dǎo)體中電子濃度顯然，雜質(zhì)電離產(chǎn)生的電子濃度就是雜質(zhì)（磷）的濃度ND。于是而本征半導(dǎo)體硅的本征載流子濃度，在T=300K時(shí)為摻雜前后電子濃度的變化倍數(shù)為電子濃度的增加意味著雜質(zhì)半導(dǎo)體導(dǎo)電能力遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體。摻雜后:故:表明，在N型半導(dǎo)體中熱激發(fā)產(chǎn)生的空穴濃度比本征載流子濃度還要低，本例中僅為本征載流子濃度的萬分之一。在該N型半導(dǎo)體中多數(shù)載流子與少數(shù)載流子的濃度比為如果在一塊半導(dǎo)體單晶中同時(shí)摻入三價(jià)元素與五價(jià)元素，其雜質(zhì)濃度如圖7（b）所示，在x0處施主雜質(zhì)濃度與受主雜質(zhì)濃度相等，該中性邊界便是PN結(jié)所在位置。PN結(jié)最重要的特性是單向?qū)щ娦浴?/p>

PN結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)PN結(jié)邊界兩邊既然分布有數(shù)量相等的正負(fù)空間電荷，必定形成一個(gè)電場(chǎng)，稱為內(nèi)建電場(chǎng)E。內(nèi)建電場(chǎng)的出現(xiàn)，引起兩個(gè)后果：①阻止多數(shù)載流子的繼續(xù)擴(kuò)散（故空間電荷區(qū)又稱為阻層）②引起少數(shù)載流子的漂移。流過PN結(jié)的電流PN結(jié)空間電荷區(qū)形成后，流過PN結(jié)的電流有兩種：①多數(shù)載流子形成的擴(kuò)散電流。②少數(shù)載流子形成的漂移電流。這兩種電流方向相反，如圖（a）所示，流過PN結(jié)的凈電流（b)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到平衡：1—多數(shù)載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的方向；2—少數(shù)載流子漂移運(yùn)動(dòng)的方向起初，內(nèi)建電場(chǎng)較弱，隨著內(nèi)建電場(chǎng)逐漸增強(qiáng)，I擴(kuò)減小，而I漂增加，直至擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，如圖（b）所示。動(dòng)態(tài)平衡情況下流過PN結(jié)的凈電流為零，即I=0

PN結(jié)邊界載流子分布動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)下，PN結(jié)邊界兩邊載流子分布如圖所示。

PN結(jié)兩邊載流子濃度圖中符號(hào)說明：—N型半導(dǎo)體熱平衡狀態(tài)下的電子濃度?！狿型半導(dǎo)體熱平衡狀態(tài)下的空穴濃度。—N型半導(dǎo)體熱平衡狀態(tài)下的空穴濃度。—P型半導(dǎo)體熱平衡狀態(tài)下的電子濃度。內(nèi)建電位差內(nèi)建電場(chǎng)E在PN結(jié)中產(chǎn)生的電位差稱為內(nèi)建電位差VB。該電位差實(shí)際上就是兩種不同類型半導(dǎo)體材料之間的接觸電位差。如圖所示，內(nèi)建電位差的存在對(duì)多數(shù)載流子而言，相當(dāng)于是一個(gè)“勢(shì)壘”，阻止其擴(kuò)散，故空間電荷區(qū)又稱為勢(shì)壘區(qū)。可以證明k是玻爾茲曼常數(shù)q是電子電荷，ln是以e為底的對(duì)數(shù)，是PN結(jié)兩邊空穴濃度的比。又可寫成由于故令稱為“熱電壓”。2結(jié)電容一

勢(shì)壘電容CB勢(shì)壘電容是由空間電荷區(qū)的離子薄層形成的。當(dāng)外加電壓使PN結(jié)上壓降發(fā)生變化時(shí)，離子薄層的厚度也相應(yīng)地隨之改變，這相當(dāng)PN結(jié)中存儲(chǔ)的電荷量也隨之變化，猶如電容的充放電。VVOCB—+—+勢(shì)壘電容示意圖PN二

擴(kuò)散電容CD

擴(kuò)散電容是由多子擴(kuò)散后，在PN結(jié)的另一側(cè)面積累而形成的。因PN結(jié)正偏時(shí)，由N區(qū)擴(kuò)散到P區(qū)的電子，與外電源提供的空穴相復(fù)合，形成正向電流。剛擴(kuò)散過來的電子就堆積在P區(qū)內(nèi)緊靠PN結(jié)的附近，形成一定的多子濃度梯度分布曲線。反之，由P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)的空穴，在N區(qū)內(nèi)也形成類似的濃度梯度分布曲線。擴(kuò)散電容的示意圖如圖所示。OxnPpnPNR擴(kuò)散電容示意圖當(dāng)外加正向電壓不同時(shí)，擴(kuò)散電流即外電路電流的大小也就不同。所以PN結(jié)兩側(cè)堆積的多子的濃度梯度分布也不同，這就相當(dāng)于電容的充放電過程。勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容均是非線性電容。3太陽能電池的輸出參數(shù)

1.短路電流ISC，理想情況下為光生電流IL

2.開路電壓VOCIL暗特性ImpVmpVOCIscVIO輸出功率

3.填充因子FF是輸