太阳电池材料及其生产基础概述

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1. 1951年在贝尔实验室诞生; 2. 60年代用于航天领域,转换效率为10%; 3. 70年代技术迅速发展,使用于民用领域;转换效
率为20%; 4. 90年代在规模生产,效率不断提高;销售量以每
年25%的速度递增。
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半导体基本知识
➢ 定义 1. 导体: 能导电的物体;(如:银、铜、铝等) 2. 绝缘体:不容易导电的物体;(如:橡皮、塑料
• n型半导体的多数载流子——电子在电场作用下向外加电压的“正端 ”移动,而少数载流子——空穴在电场作用下向外加电压的“负端”移 动,在半导体内构成电流。电流方向与带负电的电子运动方向相反 。
电流方向
空穴移动方向
电子移动方向
n型半导体
P型半导体的工作原理
• p型半导体的多数载流子——空穴在电场作用下向外加电压的“负端 ”移动,而少数载流子——电子在电场作用下向外加电压的“正端”移 动,在半导体内构成电流。电流方向与带正电的空穴运动方向相同 。
电流方向
电子移动方向
空穴移动方向
p型半导体
二、P-N结的单向导电性
• 由于两边空穴和电子数量分布的不均匀:
• n型区域中邻近p型区域一边的薄层A中就有一部分电子扩散到p区 。薄层A失去了一些电子,带正电。如图(a)
p
n
+ + + + + +
薄层A
(a)电子由n区扩散到p区
载流子在半导体中的扩散
• p型区域中邻近n型区域一边的薄层b中就有一部分空穴扩散到n区 。薄层B失去了一些空穴,带负电。如图(b)
• 结论:pn结具有只让电流从一个方向通过的单向导通性。
电流方向
pn
pn
i
(a)
pn结加压的实验
(b)
分析之一外加正向电压
当pn结正向连接时,即p区接电池正极,n区接电池负极,这时外加 电压在pn结中产生的电场方向是由p区指向n区的,恰好与pn结原来 形成的电场方向相反。
p
n
-+
空穴移动方向
- + 电子移动方向
,但由于少数载流子数量很少,反向电流是很小 的。
➢ 因此,我们可以把pn结看成是电流通道上的一道 开关,接上正向电压时(即p型半导体接电池正极 ,n型半导体接电池负极),开关打开让电流通过 ,我们称此时pn结“导漏”接上反向电压时开关关上 ,阻止电流通过,我们称此时pn结“截止”。pn结这 种只让电流单方向通过的性能称pn结的单向导电 性。
、玻璃等) 3. 半导体:导电性能介于导体和绝缘体之间的物体
。(如:锗、硅、硒等)
半导体的特性
➢ 有两种载流子——电子和空穴。纯净的(不含杂 质)的半导体(称本征半导体)中有一个电子就 必然有一个空穴。即电子和空穴的数量相等。
本征半导体示意图
电子 空穴
半导体的导电性
➢ 与导体和绝缘体不同,半导体的导电性能受温度 的影响很大。
+
-+

-+ -+ -+
pn结电场方向 外加正向电压产生的电场方向
正向电流很大
(a)外加正向电压时阻挡层变薄 外加电场方向对pn结的影响
分析之二-外加反向电压
• 当pn结反向连接时,即p区接电池负极 ,n区接电池正极,这时外加电压在pn 结中产生的电场方向是由n区指向p区 的,恰好与pn结原来形成的电场方向 一致。
• 因此,pn结中原来的电场被削弱了, — 阻挡层厚度减少了。P区的空穴n区的 电子在这个外加电场作用下不不断走 向交界处。空穴由左方向流向右方和 电子由右方流左方都相当于电流由左 方流向右方。由于p区空穴很多,n区 电子很多,这股电流很大,这就是正 向连接时出现大电流的原因。外加正 向电压越大,在pn结中外加电场的作 用就越强,更进一步削弱原来pn结的 电场,所以电流更要增加。
半导体生产与洁净度
太阳电池材料与生产基础
微电子的发展史-集成电路的发展
1、1904年和1906年真空二极管和真空三极管的问 世;
2、1950年世界上第一个结型晶体管诞生; 3、1958年世界上第一块集成电路研制成功; 4、日本公司将集成电路从军事用途带入民用领域。
微电子的发展史-太阳能电池的发展
p
n
-+
空穴
移动 - +
-+
- + 电子
+
移动
- + pn结电场
- + 方向
外加反向电压产生的电
场反方向向电流很小
(b)外加反向电压时阻挡层 变厚
外加电场方向对pn结的影响
➢ 因此,pn结中原来的电场被加强了,阻挡层厚度 增加了。n区中的多数载流子——电子和p区中的 多数载流子——空穴很难能过pn结向对方移动, 这就是反向连接时电流极小的原因。但是,这时p 区中的少数载流子——电子和n区中的少数载流子 ——空穴在反向电场帮助向交界移动,电子由左 方流向右方和空穴由右方流向左方形成反向电流
n型半导体示意图
电子 空穴
P型半导体
➢ 掺入杂质铟(或铝、硼之类):这块半导体中会产生许多新的电子 和空穴。空穴的数目以压倒多数超过电子,导电作用主要由空穴来 决定,空穴是多数载流子,电子是少数载流子。 这种类型半导体 叫空穴型半导体,简称p型半导体。
p型半导体示意图
电子 空穴
N型半导体的工作原理
• 薄层A和薄层B称为“pn结”,又称“阻 挡层”,厚度大约为10-4~10-5cm 。
BA
-+ -+
p -+ n -+ -+ -+ -+ pn结电场方向
电子和空穴扩散在pn交界处产生 的电场
• 实验:在pn结两端接上电池,电池正极接p型半导体,负极接n型 半导体,如图(a),电流表有读数。电池正极接n型半导体,负极 接p型半导体,如图(b),电流表的读数接近零。
p
n
-
薄层B
(b)空穴由p区扩散到n区
载流子在半导体中的扩散
• 由于空穴和电子的扩散,使薄层A 带正电,而薄层B带负电,因此在 薄层A、B间产生一个电场,如下图 。这个电场的方向是由n区指向p区 。这个电场会阻止电子继续往p区 扩散也阻止空穴继续往n区扩散, 但是刚开始电子和空穴的扩散占优 势。 随着电子和空穴的不断扩散, n区和p区失去的电子和空穴越来越 多,薄层A和B越来越厚,形成的电 场的作用越来越强。最后,电场的 作完全抵消了扩散,达到了动态平 衡状态。
• 当温度升级1℃时,它的电导率就要增加百分之几 到百分之十几,这是由于半导体中的本征载流子 随温度升高而增加的缘故。而导体和绝缘体的电 导率随温度的变化却很小。
N型半导体
➢ 掺入杂质锑(或磷、砷之类):新产生的电子数量远远超过原来未 掺入杂质前的电子或空穴的数量。电子的数目以压倒多数超过空穴 ,导电作用主要由电子来决定,电子称为“多数载流子,空穴称“少 数载流子”。 这种类型半导体叫电子型半导体,简称n型半导体。
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