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太陽能電池pn結(jié)是什么?

太陽能電池的半導(dǎo)體中載流子有擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)方式。載流子在電場作用下的定向運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng).在半導(dǎo)體中,如果載流子濃度分布不均勻,因?yàn)闈舛炔?,載流子將會(huì)從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域運(yùn)動(dòng),這種運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。將一塊半導(dǎo)體的一側(cè)摻雜成P型半導(dǎo)體,另一側(cè)摻雜成N型半導(dǎo)體,在兩種半導(dǎo)體的交界面處將形成一個(gè)特殊的薄層→PN結(jié)。

太陽能電池pn結(jié)

太陽能電池的pN結(jié)是采用不同的摻雜工藝,將p型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體制作在同一塊硅片上,在它們的交界面就形成pN結(jié)。

擴(kuò)散運(yùn)動(dòng):物質(zhì)總是從濃度高的地方向濃度低的地方運(yùn)動(dòng),這種由于濃度差而出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。

雜質(zhì)半導(dǎo)體:通過擴(kuò)散工藝,在本征半導(dǎo)體中摻入少量雜質(zhì)元素,便可得到雜質(zhì)半導(dǎo)體。

按摻入的雜質(zhì)元素不用,可形成N型半導(dǎo)體和p型半導(dǎo)體;控制摻入雜質(zhì)元素的濃度,就可控制雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能。

太陽能電池的N型半導(dǎo)體:在純凈的硅晶體中摻入五價(jià)元素(如磷),使之取代晶格中硅原子的位置,就形成了N型半導(dǎo)體。

由于雜質(zhì)原子的最外層有五個(gè)價(jià)電子,所以除了與其周圍硅原子形成共價(jià)鍵外,還多出一個(gè)電子。多出的電子不受共價(jià)鍵的束縛,成為自由電子。N型半導(dǎo)體中,自由電子的濃度大于空穴的濃度,故稱自由電子為多數(shù)載流子,空穴為少數(shù)載流子。由于雜質(zhì)原子可以供應(yīng)電子,故稱之為施主原子。p型半導(dǎo)體:在純凈的硅晶體中摻入三價(jià)元素(如硼),使之取代晶格中硅原子的位置,就形成了p型半導(dǎo)體。

由于雜質(zhì)原子的最外層有三個(gè)價(jià)電子,所以當(dāng)它們與其周圍硅原子形成共價(jià)鍵時(shí),就出現(xiàn)了一個(gè)“空位”,當(dāng)硅原子的最外層電子填補(bǔ)此空位時(shí),其共價(jià)鍵中便出現(xiàn)一個(gè)空穴。因而p型半導(dǎo)體中,空穴為多子,自由電子為少子。因雜質(zhì)原子中的空位吸收電子,故稱之為受主原子。

當(dāng)把p型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體制作在一起時(shí),在它們的交界面,兩種載流子的濃度差很大,因而p區(qū)的空穴必然向N區(qū)擴(kuò)散,與此同時(shí),N區(qū)的自由電子也必然向p區(qū)擴(kuò)散,如圖示。由于擴(kuò)散到p區(qū)的自由電子與空穴復(fù)合,而擴(kuò)散到N區(qū)的空穴與自由電子復(fù)合,所以在交界面附近多子的濃度下降,p區(qū)出現(xiàn)負(fù)離子區(qū),N區(qū)出現(xiàn)正離子區(qū),它們是不能移動(dòng)的,稱為空間電荷區(qū),從而形成內(nèi)建電場ε。

隨著擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行,空間電荷區(qū)加寬,內(nèi)建電場增強(qiáng),其方向由N區(qū)指向p區(qū),正好阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行。

漂移運(yùn)動(dòng):在電場力用途下,載流子的運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)空間電荷區(qū)形成后,在內(nèi)建電場用途下,少子出現(xiàn)飄移運(yùn)動(dòng),空穴從N區(qū)向p區(qū)運(yùn)動(dòng),而自由電子從p區(qū)向N區(qū)運(yùn)動(dòng)。在無外電場和其它激發(fā)用途下,參與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的多子數(shù)目等于參與漂移運(yùn)動(dòng)的少子數(shù)目,從而達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡,形成pN結(jié),如圖示。此時(shí),空間電荷區(qū)具有一定的寬度,電位差為ε=Uho,電流為零。

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