关于光生伏打效应介绍

[拼音]：guangsheng Fuda xiaoying

[外文]：photovoltaic effect

由光照引起电动势的现象。严格来讲，包括两种类型：一类是发生在均匀半导体材料内部；一类是发生在半导体的界面。虽然它们之间有一定相似的地方，但产生这两个效应的具体机制是不相同的。通常称前一类为丹倍效应，而把光生伏打效应的涵义只局限于后一类情形。

半导体界面包括有:由于掺杂质不同而形成的P型区和N型区的界面，即PN结；金属和半导体接触的界面；不同半导体材料制成的异质结界面以及由金属－绝缘体－半导体组成的 MIS系统的界面。在这些界面处都存在有一个空间电荷区，其中有很强的电场，称为自建电场。光照产生的电子－空穴对，在自建电场作用下的运动，就是形成光生伏打效应的原因。下面以PN结为例进一步具体说明。

在PN结交界面处N区一侧带正电荷，P区一侧带负电荷，空间电荷区中自建电场的方向自N区指向P区。由于光照可以在空间电荷区内部产生电子－空穴对，它们分别被自建电场扫向N区和P区，就如同有一个电子由P区穿过空间电荷区到达N区，形成光致电流。在空间电荷区附近一定范围内产生的电子－空穴对，只要它们能通过扩散运动到达空间电荷区，同样可以形成光致电流，光照产生的电子和空穴扩散运动所能走的距离为扩散长度。光致电流使N区和P区分别积累了负电荷和正电荷，在PN结上形成电势差，引起方向与光致电流相反的N结正向电流。当电势差增长到正向电流恰好抵消光致电流的时候，便达到稳定情况，这时的电势差称为开路电压。如果PN结两端用外电路连接起来，则有一股电流流过，在外电路负载电阻很低的情况，这股电流就等于光致电流，称为短路电流。

光生伏打效应的应用之一是把太阳能直接转换成电能，称为太阳电池。目前，用硅单晶材料制造的太阳电池，已经广泛地应用于很多技术部门，特别是航天技术。但是单晶硅太阳电池造价比较高。1975年实现了非晶硅的掺杂效应以后，很多人认为利用大面积非晶硅薄膜制备太阳电池是很有希望的。此外，利用光生伏打效应制成的光电探测器件也得到广泛的应用。