第五章-化学能转化为电能-经典太阳电池基础课件.ppt

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1、第五章 化学能转化为电能5.1 电子和空穴的传输电子和空穴的输运当电子空穴对在半导体中移出出时，伴随着迁移并没有电流，因为成对出现，而且是电中性的。所以要想形成电流，需要有驱动力将电子空穴分开，让它们沿着不同的路径运动。这里的驱动力包括了很多，包括重力势能的梯度，电势能的梯度，温度梯度等。这里起作用的是电势能的梯度（电场）和化学势能的梯度v 电势梯度电流电场力就是作用于电荷上的驱动力。对于电子来说，这个力是唯一的驱动力！电子的化学势能为电子的化学势能不是位置的函数，所以v 漂移速率的值肯定比分子热运动的值要低很多！v 微粒流的运动主要是热运动，所以这里需要考虑载流子与晶体中的声子以及杂质的碰撞

2、。v 分子运动论中，两次碰撞之间的运动按照牛顿力学的观点，由加速度来描述。v 两次碰撞的时间间隔称为碰撞时间v 碰撞间的间隔呈指数分布，所以一些载流子发生碰撞前经历的时间远大于碰撞时间，这样平均速率则为v 利用v 得到v 其中v 称为微粒的迁移率。v 上式对于电子和空穴不同！v 扩散电流v 菲克定律v 在单位时间内，通过垂直于扩散方向的单位面积的物质通量与该截面处的浓度梯度成正比。v 对于电子的化学势为v 利用菲克定律，得到某种微粒在非均一的浓度下产生的电流密度为v 利用v 得到v 总电流v 由浓度梯度和电势梯度驱动而产生的电流为v 称为电化学势能v 假定一个强表面复合，电子在两个表面的浓度没

3、有任何区别。因为在半导体的内部，导带和价带的能级不同，所以在表面合成一个单独的能级！v 这样就形成了两个能级的梯度，驱使电子空穴都朝表面移动，并在表面发生复合。v 因为没有外电路，所以电子和空穴流向表面的微粒流相等。v 而在n 型半导体中，电子的电导率大于空穴的电导率，利用v 得到：在n 型半导体中，费米能级对于导带的梯度小于价带的梯度，而在p 型半导体中正好相反！5.3 少数载流子的扩散长度v 因为费米能级的分裂，在太阳能电池的末端产生了电势差。v 然而仅有点化学势能的梯度是不够的，原因在于电子和空穴会在它们的寿命内复合，所以它们必须在它们的寿命内到达末端。所以我们所关心的则是在复合前运动的距离。v 当电子作为少数载流子被注入到p 型半导体中，电子将沿着某一方向运动。v 根据连续性方程，v 对于扩散电流，v 在P 型半导体中，v 带入连续性方程，得到v 得到其解为v 假定电导率由多数载流子决定，而且电荷的累积对电导率没有产生影响v 利用电荷的连续性方程v 利用Maxwell 方程组v 在利用欧姆定律，得到v 解得v 在n 型硅中，介电弛豫时间为10-14秒，与寿命相比小好几个数量级。所以其运动对于空间电荷的累积没有影响，当然空间电荷的累积以及初始电荷也不会对电子的输运产生影响。5.6 丹培效应v 略