禁帶寬度窄的半導體材料為什么不能做太陽能電池？請從理論上給予解釋

【專家解說】：呵呵 兄弟這個問題問得很大，要是從理論上解釋在百度知道里面是不行的，打公式費勁著呢。我簡單給你說說吧~更深一步的探討你可以給我郵件xinhu12@163.com，這樣我可以發(fā)給一個我做的文檔，里面就你這個問題我詳細作答。兄弟之所以有這樣的疑問的原因應(yīng)該是：禁帶寬度小，吸收光子多，產(chǎn)生的電子空穴對多，電池的效率就高，貌似這樣分析很正確，其實則不然。要提高太陽能電池的效率要拓寬吸收光譜，沒錯，要產(chǎn)生更多的載流子也沒有錯。但是只是簡單的拓寬光譜而不考慮光譜匹配，只是為了更多的產(chǎn)生載流子而不考慮載流子輸運，這就有所偏廢了，或者說你思維產(chǎn)生了片面性，進入了極端。打個比方你現(xiàn)在就是食堂老板，想多掙錢，你只有兩個辦法：1）減少原材料成本 2）吸引更多的人來買飯。你現(xiàn)在的想法是我把原材料的成本降低最低，這樣我掙錢不就多了嗎？但是一旦你的原材料成本降低過度，你的飯菜是不可能賣出去的。做電池也是一樣，你不能只考慮優(yōu)化某一點，偏廢另一點，而是要在原材料成本和買飯人數(shù)之間去一個平衡，使效率達到最大化！你用禁帶寬度極小的半導體材做成電池后，首先面臨的問題就是兩種半導體材料的接觸電池差（也就是空間電勢）極小，這樣即使半導體材料能夠較大的吸收光子，產(chǎn)生較多的電子空穴對，但是由于空間電勢較小，不能驅(qū)動電子和空穴對盡快的轉(zhuǎn)移到電池的兩端，載流子很快就會被復合掉。這樣產(chǎn)生的載流子再多也沒用，因為它沒有進入外電路驅(qū)動負載，對外電路不做功。所以這樣看來只有被電池兩極所收集的載流子才是真正的有意義、有效的載流子。另外，你知道光生電壓約等于空間電勢的一半，空間電勢小，那光生電壓更不用說了，這樣的電池有意義嗎？我的需要多少塊才能驅(qū)動一個負載？我的需要多大面積的電池才能驅(qū)動一個負載？我的需要多少成本才能驅(qū)動負載？ 再跟兄弟說明下，兄弟的數(shù)學沒有學好，即使以上分析我們都不知道，我們也可以判斷出來，禁帶寬度過窄的材料不適合做太陽能電池。為什么這樣說呢？衡量太陽能電池的主要標志之一就是其光電轉(zhuǎn)換效率（英文簡寫為PCE），顧名思義PCE=電能/光能，我們考慮一個能量hv的光子（hv>Eg），窄禁帶寬度意味著Eg很小，也就是說hv-Eg>>0。實際上半導體材料吸收光子僅僅吸收了Eg的能，也就是說轉(zhuǎn)換為電能的最大能量也就是Eg了，其他絕大部分能量（hv-Eg）都轉(zhuǎn)換為晶格熱了，這一部分能量不能轉(zhuǎn)換為電能，只能以晶格震動的形式表現(xiàn)出來。這樣你看看PCE的表達式，你是不是會發(fā)現(xiàn)Eg過小不是什么好事了吧！我們想獲得較高的效率不單單要拓寬光譜吸收，更要注意光譜匹配，這就要求hv-Eg≈0越好，PCE才能趨近于100%。 不知道這樣分析兄弟能否看懂，如有疑問繼續(xù)追問，如果感覺我回到的可以請趕快給分，呵呵！