http://www.elecfans.com电子发烧友http://bbs.elecfans.com电子技术论坛第三章太阳能电池的基本原理http://www.elecfans.com电子发烧友http://bbs.elecfans.com电子技术论坛本章以单晶硅pn结太阳能电池为例，介绍半导体太阳能电池的基本工作原理、结构及其特性分析。http://www.elecfans.com电子发烧友http://bbs.elecfans.com电子技术论坛一、太阳能电池的结构和基本工作原理http://www.elecfans.com电子发烧友http://bbs.elecfans.com电子技术论坛下图示意地画出了单晶硅pn结太阳能电池的结构，其包含上部电极，无反射薄膜覆盖层，n型半导体，p型半导体以及下部电极和基板。http://www.elecfans.com电子发烧友http://bbs.elecfans.com电子技术论坛当有适当波长的光照射到这个pn结太阳能电池上后，由于光伏效应而在势垒区两边产生了电动势。因而光伏效应是半导体电池实现光电转换的理论基础，也是某些光电器件赖以工作的最重要的物理效应。因此，我们将来仔细分析一下pn结的光伏效应。http://www.elecfans.com电子发烧友http://bbs.elecfans.com电子技术论坛设入射光垂直pn结面。如果结较浅，光子将进入pn结区，甚至更深入到半导体内部。能量大于禁带宽度的光子，由本征吸收在结的两边产生电子-空穴对。在光激发下多数载流子浓度一般改变较小，而少数载流子浓度却变化很大，因此应主要研究光生少数载流子的运动。http://www.elecfans.com电子发烧友http://bbs.elecfans.com电子技术论坛无光照光照激发由于pn结势垒区内存在较强的内建电场（自n区指向p区），结两边的光生少数载流子受该场的作用，各自向相反方向运动：p区的电子穿过p-n结进入n区；n区的空穴进入p区，使p端电势升高，n端电势降低，于是在p-n结两端形成了光生电动势，这就是p-n结的光生伏特效应。由于光照在p-n结两端产生光生电动势，相当于在p-n结两端加正向电压V，使势垒降低为qVD-qV，产生正向电流IF.http://www.elecfans.com电子发烧友http://bbs.elecfans.com电子技术论坛在pn结开路的情况下，光生电流和正向电流相等时，p-n结两端建立起稳定的电势差Voc，（p区相对于n区是正的），这就是光电池的开路电压。如将pn结与外电路接通，只要光照不停止，就会有源源不断的电流通过电路，p-n结起了电源的作用。这就是光电池的基本原理。http://www.elecfans.com电子发烧友http://bbs.elecfans.com电子技术论坛由上面分析可以看出，为使半导体光电器件能产生光生电动势（或光生积累电荷），它们应该满足以下两个条件：1、半导体材料对一定波长的入射光有足够大的光吸收系数α，即要求入射光子的能量hν大于或等于半导体材料的带隙Eg，使该入射光子能被半导体吸收而激发出光生非平衡的电子空穴对。http://www.elecfans.com电子发烧友http://bbs.elecfans.com电子技术论坛右图是一些材料的吸收曲线。可以发现GaAs和非晶硅的吸收系数比单晶硅大得多，透入深度只有1µm左右，即几乎全部吸收入射光。所以这两种电池都可以做成薄膜，节省材料。而硅太阳能电池，对太阳光谱中长波长的光，要求较厚的硅片（约100-300µm）才能充分吸收；对于短波长的光，只在入射表面附近1µm区域内就已充分吸收了。http://www.elecfans.com电子发烧友http://bbs.elecfans.com电子技术论坛2、具有光伏结构，即有一个内建电场所对应的势垒区。势垒区的重要作用是分离了两种不同电荷的光生非平衡载流子，在p区内积累了非平衡空穴，而在n区内积累起非平衡电子。产生了一个与平衡pn结内建电场相反的光生电场，于是在p区和n区间建立了光生电动势（或称光生电压）。http://www.elecfans.com电子发烧友http://bbs.elecfans.com电子技术论坛除了上述pn结能产生光生伏特效应外，金属-半导体形成的肖特基势垒层等其它许多结构都能产生光生伏特效应。其电子过程和pn结相类似，都是使适当波长的光照射材料后在半导体的界面或表面产生光生载流