半導(dǎo)體器件第八章 (2)課件

第八章太陽(yáng)電池和光電二極管8.2P-N結(jié)的光生伏特效應(yīng)8.2P-N結(jié)的光生伏特效應(yīng)P-N結(jié)光生伏特效應(yīng)就是半導(dǎo)體吸收光能后在P-N結(jié)上產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)。光生伏特效應(yīng)涉及到以下三個(gè)主要的物理過(guò)程：第一、半導(dǎo)體材料吸收光能產(chǎn)生出非平衡的電子—空穴對(duì)；第二、非平衡電子和空穴從產(chǎn)生處向非均勻勢(shì)場(chǎng)區(qū)運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)可以是擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，也可以是漂移運(yùn)動(dòng)；第三、非平衡電子和空穴在非均勻勢(shì)場(chǎng)作用下向相反方向運(yùn)動(dòng)而分離。這種非均勻勢(shì)場(chǎng)可以是結(jié)的空間電荷區(qū)，也可以是金屬—半導(dǎo)體的肖特基勢(shì)壘或異質(zhì)結(jié)勢(shì)壘等。

8.3太陽(yáng)電池的I-V特性8.3太陽(yáng)電池的I-V特性

圖8-6太陽(yáng)電池理想等效電路8.3太陽(yáng)電池的I-V特性

首先考慮串聯(lián)電阻=0的理想情況。在這種情況下，太陽(yáng)電池的等效電路如圖8-6所示。圖中電流源為短路光電流。V-I特性可以簡(jiǎn)單地由圖8-6所示的等效電路寫(xiě)出。

式中為P-N結(jié)正向電流為P-N結(jié)飽和電流P-N結(jié)的結(jié)電壓即為負(fù)載R上的電壓降。（8-6）8.6提高太陽(yáng)電池效率的考慮8.6提高太陽(yáng)電池效率的考慮

在實(shí)際的太陽(yáng)電池中，多種因素限制著器件的性能，因而在太陽(yáng)電池的設(shè)計(jì)中必須考慮這些限制因素。

圖8-11在AM0和AM1條件下下的太陽(yáng)光譜及其在GaAs和Si中的能量截止點(diǎn)

8.6提高太陽(yáng)電池效率的考慮

只有大于的那部分能量可以被吸收?？梢?jiàn)，越小越大從而越大?？杀晃盏淖畲蠊庾訑?shù)在硅中為：,在GaAs中為：最大功率考慮太陽(yáng)電池的最大輸出功率由開(kāi)路電壓和短路電流所決定。由光譜考慮，發(fā)現(xiàn)隨著的增加而減小。開(kāi)路電壓

乘積會(huì)出現(xiàn)一極大值。

由（8-5）（8-27）8.6提高太陽(yáng)電池效率的考慮

表面反射采用抗反射層垂直入射時(shí)，反射比為，n1和n2分別為空氣和半導(dǎo)體的折射率理想的抗反射層材料折射率應(yīng)為。聚光聚光是用聚光器面積代替許多太陽(yáng)能電池的面積，從而降低太陽(yáng)能電池造價(jià)。它的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是增加效率。因此一個(gè)電池在1000個(gè)太陽(yáng)強(qiáng)度的聚光度下工作產(chǎn)生的輸出功率相當(dāng)于1300個(gè)電池在一個(gè)太陽(yáng)強(qiáng)度下工作的輸出功率。

8.6提高太陽(yáng)電池效率的考慮

從太陽(yáng)光譜吸收的角度解釋由不同禁帶寬度子電池構(gòu)成的疊層太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率更高的原因。8-9光電二極管8-9光電二極管

P-I-N光電二極管圖8-20P-I-N光電二極管的工作原理，（a）光電二極管的剖面圖；(b）反向偏置時(shí)的能帶圖；（c）光吸收特性8-9光電二極管在長(zhǎng)距離的光纖通信系統(tǒng)中多采用的雙異質(zhì)結(jié)P-I-N光電二極管中，P-InP的禁帶寬度為1.35eV，對(duì)波長(zhǎng)大于的光不吸收。的禁帶寬度為0.75eV（對(duì)應(yīng)截止時(shí)波長(zhǎng)），在波段