第二章-光子理论-经典太阳电池基础课件.ppt

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1、第二章 光子理论2.1 黑体辐射2.1.1 普朗克辐射定律 所谓黑体是完全吸收所有光子能量的辐射 吸收系数 普朗克定律描述的是空腔中光子的能量介于之间的光子的密度（数量）。首先，要确定光子的状态密度D，因为光子是整数自旋，所有遵从玻色-爱因斯坦分布 存在于球体半径为 的动量空间中的光子的数目为 对上式微分，得到单位体积内的状态密度为 随着折射率的增加，光子的速度减小，这导致了光子的状态密度的增加。这样，当光子从高折射率介质进入低折射率介质时，光子的状态密度会发生变化（由高到低）。由（1）式可知，在状态密度发生变化的时候，为了适应低折射率介质，需要增大占领系数 而增大占领系数却违反了热力学第二定

2、律。因为光子的状态分布函数取决于能量而不是动量，所以不管运动方向如何，它们的运动方向是简并的。而我们需要关心的是是光子离开黑体而向外辐射。（黑体的实现）要想在空腔里分辨这些光子，可以通过在空腔内部适当的位置上单位立体角内的光子密度来实现。当然，也可以用单位立体角内的光子密度与立体角的乘积来确定光子（数目）。单位立体角内的密度由（2）式可以得到单位光子能量密度（又称为光谱）的最大值为下面是单位体积内光子能量在单位光子能量间隔之间的关系 对所有的光子进行积分，即 类似（4）式，对（2）式也进行积分得到 进而得到黑体辐射中的平均光子能量为 能量流从辐射面积dA1发射到接受体（面积为dA2,距离为R1

3、2）单位立体角内的能量流密度在从辐射源到接收体的路程上不会发生改变（理论）。事实上会减小！从太阳表面单元dAs发射的能量流入射到地球表面单元dAe，此时dAs 和dAe位于太阳与地球在距离Rse的连线的法线方向。能量流为 即在太阳表面单元dAs上某一点的单位立体角内的能量流密度与地球上表面单元dAe上某点上单位立体角的能量流密度一致！从太阳发射到地球的能量流与半径为Rs 的平圆盘一样！（自己看）斯蒂芬-波尔兹曼辐射定律2.2 非黑体辐射的基尔霍夫定律 对于板2，在达到热平衡的时候，吸收的入射能量流和发射能量流一致，即 在热平衡下，能量流都相等，得到：在相同光子能量下，物体对能量为 的光子的发射率和吸收率相等！这就是基尔霍夫辐射定律。半导体吸收 半导体吸收有阈值，大于该阈值的光子可以被吸收 小于该阈值的光子既不能被反射，也不能被输运。假设半导体的厚度足够厚，不让高于该阈值的光子通过，而反射可以通过适当的抗反射层（或减反射层）消除。对上面的积分应用分部积分，得到半导体吸收光子的能量流密度为