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太阳能电池pn结是什么?

太阳能电池的半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两种运动方式。载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动.在半导体中,如果载流子浓度分布不均匀,因为浓度差,载流子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动,这种运动称为扩散运动。将一块半导体的一侧掺杂成P型半导体,另一侧掺杂成N型半导体,在两种半导体的交界面处将形成一个特殊的薄层→PN结

太阳能电池pn结

太阳能电池的pN结是采用不同的掺杂工艺,将p型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上,在它们的交界面就形成pN结。

扩散运动:物质总是从浓度高的地方向浓度低的地方运动,这种由于浓度差而出现的运动称为扩散运动。

杂质半导体:通过扩散工艺,在本征半导体中掺入少量杂质元素,便可得到杂质半导体。

按掺入的杂质元素不用,可形成N型半导体和p型半导体;控制掺入杂质元素的浓度,就可控制杂质半导体的导电性能。

太阳能电池的N型半导体:在纯净的硅晶体中掺入五价元素(如磷),使之取代晶格中硅原子的位置,就形成了N型半导体。

由于杂质原子的最外层有五个价电子,所以除了与其周围硅原子形成共价键外,还多出一个电子。多出的电子不受共价键的束缚,成为自由电子。N型半导体中,自由电子的浓度大于空穴的浓度,故称自由电子为多数载流子,空穴为少数载流子。由于杂质原子可以供应电子,故称之为施主原子。p型半导体:在纯净的硅晶体中掺入三价元素(如硼),使之取代晶格中硅原子的位置,就形成了p型半导体。

由于杂质原子的最外层有三个价电子,所以当它们与其周围硅原子形成共价键时,就出现了一个“空位”,当硅原子的最外层电子填补此空位时,其共价键中便出现一个空穴。因而p型半导体中,空穴为多子,自由电子为少子。因杂质原子中的空位吸取电子,故称之为受主原子。

当把p型半导体和N型半导体制作在一起时,在它们的交界面,两种载流子的浓度差很大,因而p区的空穴必然向N区扩散,与此同时,N区的自由电子也必然向p区扩散,如图示。由于扩散到p区的自由电子与空穴复合,而扩散到N区的空穴与自由电子复合,所以在交界面附近多子的浓度下降,p区出现负离子区,N区出现正离子区,它们是不能移动的,称为空间电荷区,从而形成内建电场ε。

随着扩散运动的进行,空间电荷区加宽,内建电场增强,其方向由N区指向p区,正好阻止扩散运动的进行。

漂移运动:在电场力用途下,载流子的运动称为漂移运动。

当空间电荷区形成后,在内建电场用途下,少子出现飘移运动,空穴从N区向p区运动,而自由电子从p区向N区运动。在无外电场和其它激发用途下,参与扩散运动的多子数目等于参与漂移运动的少子数目,从而达到动态平衡,形成pN结,如图示。此时,空间电荷区具有一定的宽度,电位差为ε=Uho,电流为零。

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