2014硅电池原理期末复习题库解析

一：

1、 单晶硅晶胞常数为0.543 nm,计算（100），（110），（111）晶面的面间距和原子密度 （110）面：面间距：0.543nm ；面密度：6.783nm-2

(110)面：面间距：0.768nm ；面密度：4.748nm-2

（111）面：面间距：0941nm ；面密度：7.801nm-2

2、 举例说明晶体缺陷主要类型

缺陷分为：点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷

点缺陷：肖特基缺陷和弗仑克尔缺陷，反结构缺陷

线缺陷：位错，分为刃行位错、螺旋位错

面缺陷：层错，常见的有外延层错、热氧化层错

体缺陷：有空洞、夹杂物、沉淀等

3、 画出PN 结能带图及载流子分布

PN 结能带图：

载流子分布：

4、 简述光生伏特效应

1）用能量等于或大于禁带宽度的光子照射p-n 结；

2）p 、n 区都产生电子—空穴对，产生非平衡载流子；

3）非平衡载流子破坏原来的热平衡；

4）非平衡载流子在内建电场作用下，n 区空穴向p 区扩散，p 区电子向n 区扩散；

5）若p-n 结开路，在结的两边积累电子—空穴对，产生开路电压。

p p0 n n0 n p0 p n0 X p X n X p(x) n(x)

5、简述硅太阳能电池工作原理

太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应，硅太阳能电池的基本材料为P型单晶硅，上表面为N+型区，构成一个PN＋结。顶区表面有栅状金属电极，硅片背面为金属底电极。上下电极分别与N＋区和P区形成欧姆接触，整个上表面还均匀覆盖着减反射膜。当入发射光照在电池表面时，光子穿过减反射膜进入硅中，能量大于硅禁带宽度的光子在N+区，PN ＋结空间电荷区和P区中激发出光生电子——空穴对。各区中的光生载流子如果在复合前能越过耗尽区，就对发光电压作出贡献。光生电子留于N＋区，光生空穴留于P区，在PN＋结的两侧形成正负电荷的积累，产生光生电压，此为光生伏打效应。当光伏电池两端接一负载后，光电池就从P区经负载流至N＋区，负载中就有功率输出。

6、如何从石英砂制取硅？简要框图说明从石英到单晶硅的工艺

加料—→熔化—→缩颈生长—→放肩生长—→等径生长—→尾部生长

SiO2+4HCl=SiCl4+2H2O SiCl4+2H2=Si+4HCl 首先对石料分拣出纯石英石，然后用水冼机去皮清污，然后由胶带运送至破裂机粗粉碎，细碎的石料进入磁选振念头筛分出两种石英石：对知足精制的石英砂，举行酸冼、水冼、去铁、去硫去除杂质，再细粉碎或经球磨机制成超细粉未，按目数分级制品，末了包装入库;对不能知足精制的石英砂料，再经破裂后制成低端粗制石英砂产品and供炼钢厂做炉底料。增长中端精制石英砂产品线，对原料深加工可以有用地进步经济效益。

7、简述半导体硅中的杂质对其性能的影响

1）杂质对材料导电类型的影响

当材料中共存施主和受主杂质时，他们将互相发生补偿，材料的导电类型取决于占优势的杂质。对于硅材料，当Ⅲ族杂质元素在数量上占优势时，材料呈现P型，反之当Ⅴ族元素占优势时则呈现N型，当两者数量接近，他们相互补偿，结果材料将呈现弱N型或弱P型。

2)杂质对材料电阻率的影响

半导体材料的电阻率一方面与载流子浓度有关，另一方面又与载流子的迁移率有关。同样的掺杂浓度，载流子的迁移率越大，材料的电阻率越低。如果半导体中存在多种杂质，通常情况下，可以认为基本上属于杂质饱和电离范围。在有杂质补偿的情况下，电阻率主要由有效杂质浓度（NA-ND）或（ND-NA）决定。但是总的杂质浓度N1=NA+ND也会对材料的电阻率产生影响，因为当杂质浓度很大时，杂质对载流子的散射作用会大大降低其迁移率。

3）杂质对非平衡载流子寿命的影响

半导体材料中的杂质和缺陷，对非平衡载流子寿命有重要的影响，特别是重金属杂质，它们具有多重能级而且还是深能级，这些能级在禁带中好像台阶一样，对电子和空穴的复合起“中间站”的作用，成为复合中心。它捕获导带中的电子和价带中的空穴使两者复合，这就大大缩短了非平衡载流子的寿命。

8、以P掺入Si为例，说明什么是施主杂质、施主杂质电离过程和N型半导

P在硅中电离时，能够施放电子而产生导电电子并形成正电中心，称它们为施主杂质。 P在硅中电离时，能够施放电子而产生导电电子并形成正电中心，称它们为施主杂质。

磷原子占据硅原子的位置。磷原子有五个价电子。其中四个价电子与周围的四个硅原于形成共价键，还剩余一个价电子。这个多余的价电子就束缚在正电中心P＋的周围。价电子只要很少能量就可挣脱束缚，成为导电电子在晶格中自由运动，这时磷原子就成为少了一个

价电子的磷离子P ＋，它是一个不能移动的正电中心。上述电子脱离杂质原子的束缚成为导电电子的过程称为杂质电离。

施主杂质电离后成为不可移动的带正电的施主离子，同时向导带提供电子，使半导体成为电子导电的n 型半导体。

9、 以B 掺入Si 为例，说明什么是受主杂质、受主杂质电离过程和P 型半导体

B 在硅中能够接受电子而产生导电空穴，并形成负电中心，所以称它们为受主杂质。 B 原子占据，硅原子的位置。硼原子有三个价电子。与周围的四个硅原子形成共价键时还缺一个电子，就从别处夺取价电子，这就在Si 形成了一个空穴。这时B 原子就成为多了一个价电子的硼离子B －，它是一个不能移动的负电中心。空穴束缚在正电中心B －的周围。空穴只要很少能量就可挣脱束缚，成为导电空穴在晶格中自由运动，使空穴挣脱束缚成为导电空穴所需要的能量称为受主杂质电离能。

受主杂质电离后成为不可移动的带负电的受主离子，同时向价带提供空穴，使半导体成为空穴导电的p 型半导体。

10、 解释平衡载流子和非平衡载流子并举例说明

a\在热平衡状态半导体中, 载流子的产生和复合的过程保持动态平衡，从而使载流子浓度保持定值，则处于此种状态下的载流子为平衡载流子。

b\处于非平衡状态的半导体，其载流子浓度也不再是n0和p0（此处0是下标），可以比他们多出一部分。比平衡状态多出来的这部分载流子称为非平衡载流子。

Si

n cm -⋅Ω的电阻率为举例1:310340315010,101.3105.5---=∆=∆⎪⎩⎪⎨⎧⨯=⨯=cm p n cm p cm n 非平衡载流子浓度其平衡载流子浓度00p p n n >>∆<<∆而则⎪⎩⎪⎨⎧≈∆≈∆+=⨯≈≈∆+=--31003150010105.5n n n cm p p p p cm n