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光伏效应是谁发现的_光伏效应原理

2021年02月25日 14:54 次阅读

光伏效应是谁发现的

所谓光生伏打效应就是当物体受光照时,物体内的电荷分布bai状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。当太阳光或其他光照射半导体的PN结时,就会在PN结的两边出现电压,叫做光生电压。这种现象就是著名的光生伏打效应。使PN结短路,就会产生电流。

1839年,法国物理学家A.E.贝克勒尔意外地发现,用两片金属浸入溶液构成的伏打电池,受到阳光照射时会产生额外的伏打电势,他把这种现象称为光生伏打效应。1883年,有人在半导体硒和金属接触处发现了固体光伏效应。后来就把能够产生光生伏打效应的器件称为光伏器件。由于半导体PN结器件在阳光下的光电转换效率最高,所以通常把这类光伏器件称为太阳能电池,也称光电池或太阳电池。

光伏效应原理

“光生伏特效应”,简称“光伏效应”,英文名称:Photovoltaiceffect。指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。它首先是由光子(光波)转化为电子、光能量转化为电能量的过程;其次,是形成电压过程。有了电压,就像筑高了大坝,如果两者之间连通,就会形成电流的回路。

太阳光照在半导体p-n结上,形成新的空穴-电子对,在p-n结电场的作用下,空穴由n区流向p区,电子由p区流向n区,接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。

P-N结的形成

同质结可用一块半导体经掺杂形成P区和N区。由于杂质的激活能量很小,在室温下杂质差不多都电离成受主离子NA-和施主离子ND+。在PN区交界面处因存在载流子的浓度差,故彼此要向对方扩散。设想在结形成的一瞬间,在N区的电子为多子,在P区的电子为少子,使电子由N区流入P区,电子与空穴相遇又要发生复合,这样在原来是N区的结面附近电子变得很少,剩下未经中和的离子ND+形成正的空间电荷。同样,空穴由P区扩散到N区后,由不能运动的受主离子NA-形成负的空间电荷。在P区与N区界面两侧产生不能移动的离子区(也称耗尽区、空间电荷区、阻挡层),于是出现空间电偶层,形成内电场(称内建电场)此电场对两区多子的扩散有抵制作用,而对少子的漂移有帮助作用,直到扩散流等于漂移流时达到平衡,在界面两侧建立起稳定的内建电场。

光电效应

光伏效应指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。它首先是由光子(光波)转化为电子、光能量转化为电能量的过程;其次,是形成电压过程。有了电压,就像筑高了大坝,如果两者之间连通,就会形成电流的回路。

当P-N结受光照时,样品对光子的本征吸收和非本征吸收都将产生光生载流子(电子-空穴对)。但能引起光伏效应的只能是本征吸收所激发的少数载流子。因P区产生的光生空穴,N区产生的光生电子属多子,都被势垒阻挡而不能过结。只有P区的光生电子和N区的光生空穴和结区的电子空穴对(少子)扩散到结电场附近时能在内建电场作用下漂移过结。光生电子被拉向N区,光生空穴被拉向P区,即电子空穴对被内建电场分离。这导致在N区边界附近有光生电子积累,在P区边界附近有光生空穴积累。它们产生一个与热平衡P-N结的内建电场方向相反的光生电场,其方向由P区指向N区。此电场使势垒降低,其减小量即光生电势差,P端正,N端负,此时费米能级分离,因而产生压降,在硅片的两边加上电极并接入电压表。对晶体硅太阳能电池来说,开路电压的典型数值为0.5~0.6V。通过光照在界面层产生的电子-空穴对越多,电流越大。界面层吸收的光能越多,界面层即电池面积越大,在太阳能电池中形成的电流也越大。

实际上,并非所产生的全部光生载流子都对光生电流有贡献。设N区中空穴在寿命τp的时间内扩散距离为Lp,P区中电子在寿命τn的时间内扩散距离为Ln。Ln+Lp=L远大于P-N结本身的宽度。故可以认为在结附近平均扩散距离L内所产生的光生载流子都对光电流有贡献。而产生的位置距离结区超过L的电子空穴对,在扩散过程中将全部复合掉,对P-N结光电效应无贡献。
责任编辑:YYX

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