半导体器件物理 课件 第七章.pdf

第八章太阳电池和光电二极管 8.1 半导体中的光吸收 7.1 半导体中的光吸收 假设半导体被一光子能量h 大于禁带宽度的光源均匀照射。光子通量为 。  0 图8-1 从紫外区到红外区的电磁波谱图 7.1 半导体中的光吸收 当光子在半导体中传播时，在距表面x处单位时间、单位距离上被吸收的光子数应当正比 于该处的光子通量  x   即   d x   （8-1-2）  x dx 在 时，   。方程 （8--1）的解为 x 0  x 0   x （8-1-3）  x  e 0 在半导体的另一端 （图7-3b）x W 处，光子通量为   w  W  e 0 式中比例系数 叫做吸收系数它是 的函数。光吸收在截止波长 处急剧下降。  h  c 1.24 c  m （8-1-5） E eV g 7.1 半导体中的光吸收 图8-4 几种半导体的吸收系数 8.2 P-N结的光生伏特效应 8.2 P-N结的光生伏特效应 P-N结光生伏打效应就是半导体吸收光能后在P-N结上产生光生电动势的效应。光 生伏打效应涉及到以下三个主要的物理过程： 第一、半导体材料吸收光能产生出非平衡的电子—空穴对； 第二、非平衡电子和空穴从产生处向非均匀势场区运动，这种运动可以是扩散运动，也 可以是漂移运动； 第三、非平衡电子和空穴在非均匀势场作用下向相反方向运动而分离。这种非均匀势场 可以是结的空间电荷区，也可以是金属—半导体的肖特基势垒或异质结势垒等。 8.2 P-N结的光生伏特效应 （a）无光照平衡P-N结， （b）光照P-N结开路状态， （c）光照P-N结有串联 电阻时的状态 。 图8-6 P-N结能带图 8.2 P-N结的光生伏特效应 对于在整个器件中均匀吸收的情形，短路光电流可以用下式表示 I L qAGL Ln LP  （8-2-1） 式中 GL 为光照电子空穴对的产生率 A 为P-N结面积 A(Ln Lp ) 为光生载流子的体积。 由式 （8-2-1）可知短路光电流取决于光照强度和P-N结的性质。 8.3 太阳电池的I-V特性 8.3 太阳电池的I-V特性 I I