肖特基勢壘勢怎么形成的

【專家解說】：太陽能電池是一對光有響應并能將光能轉換成電力的器件。能產生光伏效應的材料有許多種，如：單晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發(fā)電原理基本相同，現以晶體為例描述光發(fā)電過程。p型晶體硅經過摻雜磷可得n型硅，形成p－n結。　　當光線照射太陽能電池表面時，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了越遷，成為自由電子在p－n結兩側集聚形成了電位差，當外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產生一定的輸出功率。這個過程的實質是：光子能量轉換成電能的過程?！　‘敼庹丈涞桨雽w上時，光子將能量提供給電子，電子將躍遷到更高的能態(tài)，在這些電子中，作為實際使用的光電器件里可利用的電子有：　?。?）價帶電子；　?。?）自由電子或空穴（free carrier）；　?。?）存在于雜質能級上的電子?！　√栯姵乜衫玫碾娮又饕莾r帶電子。由價帶電子得到光的能量躍遷到導帶的過程決定的光的吸收稱為本征或固有吸收?！　√栯姵啬芰哭D換的基礎是結的光生伏特效應。當光照射到pn結上時，產生電子一空穴對，在半導體內部結附近生成的載流子沒有被復合而到達空間電荷區(qū)，受內建電場的吸引，電子流入n區(qū)，空穴流入p區(qū)，結果使n區(qū)儲存了過剩的電子，p區(qū)有過剩的空穴。它們在pn結附近形成與勢壘方向相反的光生電場。光生電場除了部分抵消勢壘電場的作用外，還使p區(qū)帶正電，n區(qū)帶負電，在n區(qū)和p區(qū)之間的薄層就產生電動勢，這就是光生伏特效應。此時，如果將外電路短路，則外電路中就有與入射光能量成正比的光電流流過，這個電流稱作短路電流，另一方面，若將pn結兩端開路，則由于電子和空穴分別流入n區(qū)和p區(qū)，使n區(qū)的費米能級比p區(qū)的費米能級高，在這兩個費米能級之間就產生了電位差voc?？梢詼y得這個值，并稱為開路電壓。由于此時結處于正向偏置，因此，上述短路光電流和二極管的正向電流相等，并由此可以決定voc的值。　　太陽電池的能量轉換過程　　太陽電池是將太陽能直接轉換成電能的器件。它的基本構造是由半導體的pn結組成。此外，異質結、肖特基勢壘等也可以得到較好的光電轉換效率。本節(jié)以最普通的硅pn結太陽電池為例，詳細地觀察光能轉換成電能的情況?！　∈紫妊芯渴固栯姵毓ぷ鲿r，在外部觀測到的特性。當太陽光照射到這個太陽電池上時，將有和暗電流方向相反的光電流iph流過?！　‘斀o太陽電池連結負載r，并用太陽光照射時，則負載上的電流im和電壓vm將由圖中有光照時的電流一電壓特性曲線與v=-ir表示的直線的交點來確定。此時負載上有pout=ri2m的*gong*率消耗，它清楚地表明正在進行著光電能量的轉換。通過調整負載的大小，可以在一個最佳的工作點上得到最大輸出*gong*率。輸出*gong*率（電能）與輸入*gong*率（光能）之比稱為太陽電池的能量轉換效率。　　下面我們把目光轉到太陽電池的內部，詳細研究能量轉換過程。太陽電池由硅pn結構成，在表面及背面形成無整流特性的歐姆接觸。并假設除負載電阻r外，電路中無其它電阻成分。當具有hν（ev）（hν>eg，eg為硅的禁帶寬度）能量的光子照射在太陽電池上時，產生電子―空穴對。由于光子的能量比硅的禁帶寬度大，因此電子被激發(fā)到比導帶底還高的能級處。對于p型硅來說，少數載流子濃度np極小（一般小于105/cm），導帶的能級幾乎都是空的，因此電子又馬上落在導帶底。這時電子及空穴將總的hν - eg（ev）的多余能量以聲子（晶格振動）的形式傳給晶格。落到導帶底的電子有的向表面或結擴散，有的在半導體內部或表面復合而消失了。但有一部分到達結的載流子，受結處的內建電場加速而流入n型硅中。在n型硅中，由于電子是多數載流子，流入的電子按介電馳豫時間的順序傳播，同時為滿足n型硅內的載流子電中性條件，與流入的電子相同數目的電子從連接n型硅的電極流出。這時，電子失去相當于空間電荷區(qū)的電位高度及導帶底和費米能級之間電位差的能量。設負載電阻上每秒每立方厘米流入n個電子，則加在負載電阻上的電壓v=qnr=ir表示。由于電路中無電源，電壓v=ir實際加在太陽電池的結上，即結處于正向偏置。一旦結處于正向偏置時，二極管電流id=i0[exp(qv/nkt)-1]朝著與光激發(fā)產生的載流子形成的光電流iph相反的方向流動，因而流入負載電阻的電流值為　　在負載電阻上，一個電子失去一個qv的能量，即等于光子能量hν轉換成電能qv。流過負載電阻的電子到達p型硅表面電極處，在p型硅中成為過剩載流子，于是和被掃出來的空穴復合，形成光電流