PN结的光伏效应

PN结的光生伏打效应目录01PN结的光生伏打效应02半导体太阳能电池因光照而引起物体电学特性的改变统称为光电效应半导体的光电效应可分为:内电光效应与外电光效应1.1光电效应内电光效应:光电导效应光生伏特效应外电光效应:光电发射效应1.2光生伏特效应光生伏特效应简称为光伏效应，指适当波长的光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象。太阳能电池的基本机构如下图所示：光生载流子的浓度梯度(丹倍效应）光电磁效应势垒效应（PN结）：在PN结上产生电动势1.3PN结光生伏打效应PN结的光生伏打效应主要涉及三个主要的物理过程：半导体吸收一部分光能产生非平衡的电子-空穴对；产生的非平衡电子和空穴从产生处以扩散或漂移的方式向势场区（PN结的空间电荷区）运动，这种势场也可以是金属-半导体的肖特基势垒或异质结的势垒等；进入势场区的非平衡电子和空穴在势场的作用下向相反方向运动而分离，在P侧积累空穴，在N侧积累电子，建立起电势差。目录01PN结的光生伏打效应02半导体太阳能电池2.1半导体太阳能电池开路电压VOC：输出端开路时，两端的电势差。光电流I0：输出端连接负载时，通过的电流短路光电流Isc：输出短路时的电流nppn结IscVOC光负载I0光照使PN结势垒降低等效于外加正向偏压，同样能引起P区空穴和N区电子向对方注入，形成PN结正向注入电流，方向与光生电流方向相反暗电流ID：ID2.1半导体太阳能电池开路状态下，光生载流子积累于PN结两侧。PN结两端的电位差（即开路电压）就是光生电动势VOC非平衡载流子的出现意味N(P)区电子（空穴）准费米能级升高（降低),二者之间的距离等于qVOCPN结势垒高度比热平衡时下降qVOC光照下，在PN结扩散区以内产生的电子-空穴对，一旦进入PN结的空间电荷区，就会被内建电场分离，在P(N)区边界将积累非平衡空穴（电子）。产生一个与平衡PN结内建电场方向相反的光生电场。2.1半导体太阳能电池外部短路时，短路电流在PN结内部从N区指向P区。非平衡载流子不再积累在PN结两侧，光电压为零。能带图恢复为（a，无光照PN结情形）。一般情况下，即使无负载，也存在等效串联电阻RS。光生载流子只有一部分积累于PN结上，使势垒降低qV。P、N区费米能级相差qV。与电注入相比，光生电流方向相当于普通二极管反向电流的方向。谢谢各位！