太阳能电池培训手册【上】

第一章 太阳电池的工作原理和基本特性
1.1 半导体物理基础
1.1.1 半导体的性质
世界上的物体如果以导电的性能来区分,有的容易导电,有的不容易导电。容易导电的称为导体,如金、银、铜、铝、铅、锡等各种金属;不容易导电的物体称为绝缘体,常见的有玻璃、橡胶、塑料、石英等等;导电性能介于这两者之间的物体称为半导体,主要有锗、硅、砷化镓、硫化镉等等。众所周知,原子是由原子核及其周围的电子构成的,一些电子脱离原子核的束缚,能够自由运动时,称为自由电子。金属之所以容易导电,是因为在金属体内有大量能够自由运动的电子,在电场的作用下,这些电子有规则地沿着电场的相反方向流动,形成了电流。自由电子的数量越多,或者它们在电场的作用下有规则流动的平均速度越高,电流就越大。电子流动运载的是电量,我们把这种运载电量的粒子,称为载流子。在常温下,绝缘体内仅有极少量的自由电子,因此对外不呈现导电性。半导体内有少量的自由电子,在一些特定条件下才能导电。
半导体可以是元素,如硅(Si)和锗(Ge),也可以是化合物,如硫化镉(OCLS)和砷化镓(GaAs),还可以是合金,如GaxAL1-xAs,其中x 为0-1 之间的任意数。许多有机化合物,如蒽也是半导体。
半导体的电阻率较大(约10-5≤ρ≤107Ω?m),而金属的电阻率则很小(约10-8~10-6Ω?m),绝缘体的电阻率则很大(约ρ≥108Ω?m)。半导体的电阻率对温度的反应灵敏,例如锗的温度从200C 升高到300C,电阻率就要降低一半左右。金属的电阻率随温度的变化则较小,例如铜的温度每升高1000C,ρ增加40%左右。电阻率受杂质的影响显著。金属中含有少量杂质时,看不出电阻率有多大的变化,但在半导体里掺入微量的杂质时,却可以引起电阻率很大的变化,例如在纯硅中掺入百万分之一的硼,硅的电阻率就从2.14×103Ω?m 减小到0.004Ω?m左右。金属的电阻率不受光照影响,但是半导体的电阻率在适当的光线照射下可以发生显著
的变化。

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