在光的照射下,半导体为什么会产生电流?

在光的照射下,半导体为什么会产生电流?,第1张

在光的照射下,半导体能产生电流,这叫光电效应。能产生光电效应的材料有许多种,像单晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化镓、砸铟铜等,它们的发电原理基本相同。现以硅晶体为例来了解光发电过程。P型硅经过掺杂磷可得N型硅,形成P—N结。当光线照射半导体表面时,一部分光子被桂材料吸收,其能量传递给了硅原子,使硅原子的电子发生了跃迁,成为自由电子,在P一N结两侧集聚,形成了电位差。这时接上外部电路,在该电压的作用下,将有电流流过外部电路,产生一定的输出功率。这个过程的实质就是光子能量转换成电能的过程。

不是所有都被吸收。当太阳光照射到半导体上时,其中一部分被表面反射掉,其余部分被半导体吸收或透过。

被吸收的光,当然有一些变成热,另一些光子则同组成半导体的原子价电子碰撞,于是产生电子一空穴对。这样,光能就以产生电子一空穴对的形式转变为电能。

太阳能电池物理原理是这样的:当太阳光照射p-n结时,在半导体内的电子由于获得了光能而释放电子,相应地便产生了电子空穴对,并在势垒电场的作用下,电子被驱向型区,空穴被驱向P型区,从而使凡区有过剩的电子,P区有过剩的空穴。于是,就在p-n结的附近形成了与势垒电场方向相反的光生电场。如果半导体内存在P-N结,,则在P型和N型交界面两边形成势垒电场,能将电子驱向N区,空穴驱向P区,从而使得N区有过剩的电子,P区有过剩的空穴,在P-N结附近形成与势垒电场方向相反光的生电场。

N区电子为多子,P区电子为少子,在浓度差作用下电子会从N区向P区扩散,使P区失去空穴,留下带负电的杂质离子;而N区失去电子,留下带正电的杂质离子;从而产生空间电荷区,也就是PN层。PN结内产生内电场,在内电场作用下,电子会从P区向N区移动,而空穴会从N区向P区移动,即少子漂移


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