云南师范大学光伏科学基础试卷及答案(B卷)

2017-2018年 上学期《光伏科学基础》期末考试试题

【参考答案】 学院：能源与环境科学学院 专业： 年级： 班级： 学号： 姓名： 考试方式：（闭卷\开卷）闭卷 考试时量： 试卷编号：（A\B 卷）：B 卷

题号

总分 评卷人 复核人 得分

一、简答题（共80分，每题8分）

1. 请分条阐述肖特基势垒二极管与p-n 结二极管的异同。

答：相同点：均具有整流特性

不同的：

p-n 结：正向导通时，注入载流子为少数载流子。先积累在边界，靠扩散运动形成电流，是少子器件，高频性能差。

肖特基势垒二极管：正向电流由半导体中的多数载流子进入金属形成。在边界不发生积累，直接形成漂移电流，是多子器件，高频性能好。

2. 画出实际情况（考虑串联电阻R s 、并联电阻R sh )太阳电池的等效电路图，在图中标明光电流I L 、漏电流I sh 、暗电流I bk 和输出电流I 的方向，写出输出电流I 和输出电压V 之间的关系式。

2

11))(exp(00-=+-⎥⎦⎤⎢⎣

⎡-+-=n R V IR T nk IR V q I I I Sh S S L

3.阐述“吸收体-吸收体”反型异质结太阳电池工作原理。

答：○1当适当波长的光从顶层入射到电池内部时，入射光子分别为发射区、势垒区和基区产生在势垒区的电子——空穴对，在势垒区内建电场的作用下，将电子扫入n区，将空穴扫入p区，使之分离。

○2在n区势垒边界x＝0处，光生空穴几乎全部被扫入p区，因而该处就与n区内部形成了指向势垒方向的少数载流子（空穴）浓度梯度。使n区光生空穴以扩散方式向势垒区运动，一旦到达势垒边界，便被内建电场扫至p区，光生电子仍留在n区。p区势垒边界处光生电子近似为零，p区内部也形成指向势垒方向的少数载流子（电子）浓度梯度，使p区电子向势垒区扩散，到达势垒边界后即被扫至n区，光生空穴仍留在p区；

○3电池两端开路情况下，被分离的光生电子——空穴对分别积累在n区和p区，与热平衡状态相比，n区有了过剩电子，p区有了过剩空穴，这就建立起了以p区为正、n区为负的光生电动势（或称光生电压），如果将电池两端接入负载，在持续的光照下，就会有电流从电池的p端经过负载流入n端。

4.提高太阳电池转换效率的途径有哪些？

答：

①表面结构（减少光学损失）；

②制作减反射膜（减少光学损失）；

③减少金属遮光面积（减少光学损失）；

④采用浅结（提高光生载流子收集几率）；

⑤制作背场（提高光生载流子的有效扩散长度）；

⑥表面钝化降低前后表面复合速度；

⑦体钝化提高少数载流子体寿命；

⑧与金属电极相接触部分重掺杂，制作良好的欧姆接触，降低串联电阻；

5.试说明与同质结太阳电池相比，异质结太阳电池的优缺点。

答：与同质结太阳电池相比，异质结太阳电池的优点：

○1窗口层材料禁带宽度大于吸收体层禁带宽度可以让更多的光子进入吸收层；

○2窗口层重掺杂，降低串联电阻并且不会出现死层；

○3窗口层中少数载流子复合率降低；

○4制成变禁带宽度太阳电池，提高势垒高度；

与同质结太阳电池相比，异质结太阳电池的缺点：

○1存在界面反射（造成表面反射损失）；

○2存在界面复合，增大暗电流，影响太阳电池的性能（界面态的存在使势垒区的形状发生变化，起到复合中心的作用，引起复合电流。）；

6.P-n结的击穿机制有哪些?

答：

○1隧道击穿（齐纳击穿）；

○2雪崩击穿（与电场强度与势垒宽度有关）；

○3热电击穿（反向饱和电流随温度升高迅速增大）；

7.解释什么是太阳常数，什么是光学大气质量？

答：

太阳常数：在地球大气层外，地球-太阳平均距离处，垂直于太阳光方向的单位面积上辐射能为一常数。这个辐射强度称为太阳常数：1367w/m2。

光学大气质量：太阳在头顶正上方时，所走路程最短。实际路程与最短路程的比值称为大气质量（AM）。

8.P-n结隧道效应的特点是什么?

答：隧道效应：能量低于势垒的粒子有一定的几率由势垒的一边穿透到势垒的另一边。

隧道结特点： p区和n区简并；n区的导带与p区的价带出现了相同的量子态。

9.平衡p-n结有哪些特点？

答：

○1没有净电流流过p-n结；

○2空间电荷数量一定，空间电荷区宽度(势垒宽度)一定；

○3空间电荷区中的内建电场Ein一定，方向由n区指向p区；

○4具有一定的势垒高度；

○5具有统一的费米能级EF 。

10.画出开路状态和短路状态下太阳电池能带图并简要说明其工作原理。

答：

开路状态：太阳电池工作原理

电子积累在n区势垒区的边界，空穴积累在p区势垒区的边界形成电势差，这就是光电压；光电压相当于在太阳电池上外加正向偏压VF，使得势垒高度降低，n区电子注入p区，p区空穴注入n区，产生一股暗电流Jbk，方向：p→n区（与光电流方向相反）；

如果光照恒定，当光电压增加到使p-n结的暗电流全部抵消光电流时，光电压V不再增加，达到稳定状态；此时的光电压V为外电路得到的最大电压即Voc。

短路状态：太阳电池工作原理

电子、空穴不可能在边界形成积累，即光电压为0；

载流子全部流经外电路，此时外电路得到最大电流Jsc ，理想情况下这就是光电流JL 。 此时，p-n 结的势垒高度仍为qVD 。

二、计算题（共20分，每题10分）

1、n 型硅中，掺杂浓度N D ＝1016cm -3，光注入的非平衡载流子浓度Δn ＝Δp ＝1014cm -3。计算

无光照和有光照时的电导率（400,1200=≈p n μμ）。

答案：（略）

2、三块半导体Si 室温下电子浓度分布为，

16310343

0102031.010, 1.010, 1.010n cm n cm n cm ---=⨯=⨯=⨯,（N C =3*1019cm -3，N V =1*1019cm -3，n i =1010cm -3

，ln3000＝8,

ln1000＝6.9）则

（1）、计算三块半导体的空穴浓度

（2）、画出三块半导体的能带图 （3）、计算出三块半导体的费米能级相对与C V E E 或的位置（要求n 型半导体求E C －E F ，p 型半导体求E F －E v ）

答案：（略）