单元太阳能电池基础
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓 度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子（多子），空穴 称为少数载流子（少子）。
9
P 型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），
晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外 层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，产
生一个空穴。
这个空穴可能吸引束缚电子来
空穴
填补，使得硼原子成为不能移 动的带负电的离子。
+4
+4
由于硼原子接受电子，所以称为
受主原子。
+3
+4
P 型半导体中空穴是多子，
电子是少子。
硼原子
10
1.1 半导体基础
杂质半导体的示意表示法
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
12
1.1 半导体基础
施主杂质与受主杂质比较
1）杂质的带电性 •未电离：均为电中性 •电离后：施主失去电子带正电，受主得到电子带负电
2）对载流子数的影响 •掺入施主后：电子数大于空穴数 •掺入受主后：电子数小于空穴数
13
1.1 半导体基础
1.1.2晶体结构
物质
气态物质
液态物质 晶体 单晶体
固态物质
1.1.1半导体及其主要特性 3 本征半导体 ❖ 本征半导体：没有掺入杂质的纯净半导体 ❖ 本征半导体的能带结构：禁带中无载流子可占据的能级状态 ❖ 本征载流子浓度：电子和空穴浓度相同n=p
7
1.1 半导体基础
1.1.1半导体及其主要特性
4、杂质半导体
(1) N型半导体 (2) P型半导体 在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半 导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价 或五价元素。掺入杂质的半导体称为杂质半导体。
1 太阳能电池基础 第一部分 半导体基础 第二部分 太阳能电池的原理和特性 第三部分 太阳能电池的发展趋势
1
1.1 半导体基础
1.1.1半导体及其主要特性 1、什么是半导体？
固体材料从导电特性上分成： 导体:导电能力强的物体,金属一般都是导体。 绝缘体:导电能力弱或基本不导电的物体，如橡皮、陶 瓷、塑料和石英。 半导体:导电能力处于导体和绝缘体之间的物体，如锗、 硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。
2
1.1 半导体基础
1.1.1半导体及其主要特性
物体的导电能力，一般用材料电阻率的大 小来衡量。电阻率越大，说明这种材料的 导电能力越弱。下表给出以电阻率来区分 导体，绝缘体和半导体的大致范围
材料 电阻率ρ(Ωcm)
导体 ＜ 10-3
半导体 10-3～109
绝缘体 ＞109
3
1.1 半导体基础
1.1.1半导体及其主要特性
此外，半导体的导电能力还随电场、磁场等的作用而改 变
4
1.1 半导体基础
1.1.1半导体及其主要特性
2、半导体的种类
◆元素半导体和化合物半导体 ◆晶态半导体、非晶及多晶半导体 ◆无机半导体和有机半导体 ◆本征半导体和杂质半导体
5
1.1 半导体基础
1.1.1半导体及其主要特性 常见的半导体材料
6
1.1 半导体基础
8
N 型半导体
在本征半导体中掺入少 量的五价元素磷（或锑），
多余 电子
+4 +4
外层有五个价电子，其中四
磷原子
个与相邻的半导体原子形成
+5 +4
共价键，必定多出一个电子。
五价元素磷称为施主原子。
N 型半导体中的载流子：
1、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。 2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。
半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于 其它物质的特点。例如： 热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强(可做成 温度敏感元件，如热敏电阻)。 光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化 (可做
成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等)。 掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变(可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。
As：V族，其中的四个价电子与Si形成共价键，但多出一个电子只需要 很低的能量便能该电子电离进入导带，形成导电电子和带正电的电离 施主。
❖ 受主：掺入到半导体中的杂质原子，能够向半导体中提供 导电的空穴，并成为带负电的离子。如Si中掺入三价的B.
B：III族，只有三个价电子，与Si形成共价键，并出现一个空位，只需要 很低的能量便能使价带中的电子填补空位，并形成价带空穴和带负电 的电离受主。
晶格 在点阵中把所有格点连接起来所构成网络
结点示意图
晶体结构 = 点阵 + 结构基元 NaCl的晶体结构
19
1.1 半导体基础
晶列指数和晶面指数
晶列：在一个晶格结构中通过任意两个结点的连线。 晶列族：平行于某一晶列的所有晶列的组合。
晶面：在一个晶 格结构中通过任 意不在同一晶轴 上的 三个结点 构成的平面 晶面族：平行于 某一晶面的所有 晶面的组合
多晶体
非晶体
单晶
有周期性
非晶
无周期性
多晶
每个小区域有周期性
14
1.1 半导体基础
1.1.2晶体结构 1、晶体的结构 1）晶体和晶格：由于构成晶体的粒子的不同性质，使得其空间的
周期性排列也不相同；为了研究晶体的结构，将构成晶体的粒 子抽象为一个点，这样得到的空间点阵成为晶格。 2）晶体结构与原子结合的形式有关 晶体结合的基本形式：共价结合、离子结合、金属结合、范德瓦 耳斯结合 半导体的晶体结构：主要有 金刚石结构（ Ge、Si） 闪锌矿结构（GaAs等III-V族和CdTe等II-VI族化合物） 纤锌矿 结构（部分III-V族和II-VI族化合物)
15
◆金刚石结构
1.1 半导体基础
16
1.1 半导体基础
◆闪锌矿结构
17
◆纤锌矿结构
1.1 半导体基础
18
1.1 半导体基础 2、晶体结构的拓扑描述
结点(格点) 构成晶体空间结构的质点的重心
空间点阵 晶体的内部结构可以概括为是由一些相同的结点在空 间有规则地作周期性的无限分布，结点的空间集合称为点阵。
P 型半导体
源自文库
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
N 型半导体
杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数 量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂 质浓度相等。
11
1.1 半导体基础
❖ 施主：掺入到半导体中的杂质原子，能够向半导体中提供 导电的电子，并成为带正电的离子。如Si中掺入五价的P 和As.
9
P 型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），
晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外 层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，产
生一个空穴。
这个空穴可能吸引束缚电子来
空穴
填补，使得硼原子成为不能移 动的带负电的离子。
+4
+4
由于硼原子接受电子，所以称为
受主原子。
+3
+4
P 型半导体中空穴是多子，
电子是少子。
硼原子
10
1.1 半导体基础
杂质半导体的示意表示法
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
12
1.1 半导体基础
施主杂质与受主杂质比较
1）杂质的带电性 •未电离：均为电中性 •电离后：施主失去电子带正电，受主得到电子带负电
2）对载流子数的影响 •掺入施主后：电子数大于空穴数 •掺入受主后：电子数小于空穴数
13
1.1 半导体基础
1.1.2晶体结构
物质
气态物质
液态物质 晶体 单晶体
固态物质
1.1.1半导体及其主要特性 3 本征半导体 ❖ 本征半导体：没有掺入杂质的纯净半导体 ❖ 本征半导体的能带结构：禁带中无载流子可占据的能级状态 ❖ 本征载流子浓度：电子和空穴浓度相同n=p
7
1.1 半导体基础
1.1.1半导体及其主要特性
4、杂质半导体
(1) N型半导体 (2) P型半导体 在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半 导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价 或五价元素。掺入杂质的半导体称为杂质半导体。
1 太阳能电池基础 第一部分 半导体基础 第二部分 太阳能电池的原理和特性 第三部分 太阳能电池的发展趋势
1
1.1 半导体基础
1.1.1半导体及其主要特性 1、什么是半导体？
固体材料从导电特性上分成： 导体:导电能力强的物体,金属一般都是导体。 绝缘体:导电能力弱或基本不导电的物体，如橡皮、陶 瓷、塑料和石英。 半导体:导电能力处于导体和绝缘体之间的物体，如锗、 硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。
2
1.1 半导体基础
1.1.1半导体及其主要特性
物体的导电能力，一般用材料电阻率的大 小来衡量。电阻率越大，说明这种材料的 导电能力越弱。下表给出以电阻率来区分 导体，绝缘体和半导体的大致范围
材料 电阻率ρ(Ωcm)
导体 ＜ 10-3
半导体 10-3～109
绝缘体 ＞109
3
1.1 半导体基础
1.1.1半导体及其主要特性
此外，半导体的导电能力还随电场、磁场等的作用而改 变
4
1.1 半导体基础
1.1.1半导体及其主要特性
2、半导体的种类
◆元素半导体和化合物半导体 ◆晶态半导体、非晶及多晶半导体 ◆无机半导体和有机半导体 ◆本征半导体和杂质半导体
5
1.1 半导体基础
1.1.1半导体及其主要特性 常见的半导体材料
6
1.1 半导体基础
8
N 型半导体
在本征半导体中掺入少 量的五价元素磷（或锑），
多余 电子
+4 +4
外层有五个价电子，其中四
磷原子
个与相邻的半导体原子形成
+5 +4
共价键，必定多出一个电子。
五价元素磷称为施主原子。
N 型半导体中的载流子：
1、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。 2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。
半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于 其它物质的特点。例如： 热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强(可做成 温度敏感元件，如热敏电阻)。 光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化 (可做
成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等)。 掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变(可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。
As：V族，其中的四个价电子与Si形成共价键，但多出一个电子只需要 很低的能量便能该电子电离进入导带，形成导电电子和带正电的电离 施主。
❖ 受主：掺入到半导体中的杂质原子，能够向半导体中提供 导电的空穴，并成为带负电的离子。如Si中掺入三价的B.
B：III族，只有三个价电子，与Si形成共价键，并出现一个空位，只需要 很低的能量便能使价带中的电子填补空位，并形成价带空穴和带负电 的电离受主。
晶格 在点阵中把所有格点连接起来所构成网络
结点示意图
晶体结构 = 点阵 + 结构基元 NaCl的晶体结构
19
1.1 半导体基础
晶列指数和晶面指数
晶列：在一个晶格结构中通过任意两个结点的连线。 晶列族：平行于某一晶列的所有晶列的组合。
晶面：在一个晶 格结构中通过任 意不在同一晶轴 上的 三个结点 构成的平面 晶面族：平行于 某一晶面的所有 晶面的组合
多晶体
非晶体
单晶
有周期性
非晶
无周期性
多晶
每个小区域有周期性
14
1.1 半导体基础
1.1.2晶体结构 1、晶体的结构 1）晶体和晶格：由于构成晶体的粒子的不同性质，使得其空间的
周期性排列也不相同；为了研究晶体的结构，将构成晶体的粒 子抽象为一个点，这样得到的空间点阵成为晶格。 2）晶体结构与原子结合的形式有关 晶体结合的基本形式：共价结合、离子结合、金属结合、范德瓦 耳斯结合 半导体的晶体结构：主要有 金刚石结构（ Ge、Si） 闪锌矿结构（GaAs等III-V族和CdTe等II-VI族化合物） 纤锌矿 结构（部分III-V族和II-VI族化合物)
15
◆金刚石结构
1.1 半导体基础
16
1.1 半导体基础
◆闪锌矿结构
17
◆纤锌矿结构
1.1 半导体基础
18
1.1 半导体基础 2、晶体结构的拓扑描述
结点(格点) 构成晶体空间结构的质点的重心
空间点阵 晶体的内部结构可以概括为是由一些相同的结点在空 间有规则地作周期性的无限分布，结点的空间集合称为点阵。
P 型半导体
源自文库
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
N 型半导体
杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数 量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂 质浓度相等。
11
1.1 半导体基础
❖ 施主：掺入到半导体中的杂质原子，能够向半导体中提供 导电的电子，并成为带正电的离子。如Si中掺入五价的P 和As.