太阳电池工作原理
当光照射到半导体上时,光子将能量提供给电子,电子将跃迁到更高的能态,在这些
电子中,作为实际使用的光电器件里可利用的电子有:
(1) 价带电子;
(2) 自由电子或空穴(Free Carrier);
(3) 存在于杂质能级上的电子。
太阳电池可利用的电子主要是价带电子。由价带电子得到光的能量跃迁到导带的过程
决定的光的吸收称为本征或固有吸收。
太阳电池能量转换的基础是结的光生伏特效应。当光照射到pn 结上时,产生电子一
空穴对,在半导体内部结附近生成的载流子没有被复合而到达空间电荷区,受内建电场的吸
引,电子流入n 区,空穴流入p 区,结果使n 区储存了过剩的电子,p 区有过剩的空穴。它
们在pn 结附近形成与势垒方向相反的光生电场。光生电场除了部分抵消势垒电场的作用外,
还使p 区带正电,N 区带负电,在N 区和P 区之间的薄层就产生电动势,这就是光生伏特效
应。此时,如果将外电路短路,则外电路中就有与入射光能量成正比的光电流流过,这个电
流称作短路电流,另一方面,若将PN 结两端开路,则由于电子和空穴分别流入N 区和P 区,
使N 区的费米能级比P 区的费米能级高,在这两个费米能级之间就产生了电位差VOC。可以
测得这个值,并称为开路电压。
影响太阳电池转换效率的因素
一、 禁带亮度
VOC 随Eg 的增大而增大,但另一方面,JSC 随Eg 的增大而减小。结果是可期望在某一个
确定的Eg 随处出现太阳电池效率的峰值。
二、温度
随温度的增加,效率η下降。ISC 对温度T 很敏感,温度还对VOC 起主要作用。
对于Si,温度每增加1°C,VOC 下降室温值的0.4%,η也因而降低约同样的百分数。例
如,一个硅电池在20°C 时的效率为20%,当温度升到120°C 时,效率仅为12%。又如GaAs
电池,温度每升高1°C,VOC 降低1.7mv 或降低0.2%。
三、复合寿命
希望载流子的复合寿命越长越好,这主要是因为这样做ISC 大。在间接带隙半导体材料
如Si 中,离结100μm 处也产生相当多的载流子,所以希望它们的寿命能大于1μs。在直接
带隙材料,如GaAs 或Gu2S 中,只要10ns 的复合寿命就已足够长了。长寿命也会减小暗电流
并增大VOC。
达到长寿命的关键是在材料制备和电池的生产过程中,要避免形成复合中心。在加工
过程中,适当而且经常进行工艺处理,可以使复合中心移走,因而延长寿命。
四、光强
将太阳光聚焦于太阳电池,可使一个小小的太阳电池产生出大量的电能。设想光强被
浓缩了X 倍,单位电池面积的输入功率和JSC 都将增加X 倍,同时VOC 也随着增加(kT/q)lnX
倍。因而输出功率的增加将大大超过X 倍,而且聚光的结果也使转换效率提高了。
受多重因素叠加影响,连日来,全球范围内多家半导体巨头股价集体跳水,此情此景让人不禁要问,市场转冷趋势显现,半导体产业的“寒冬”是否已经来临,未来还将何去何从,国内企业又该如何应对?多家企业股价下跌,半导体市场转冷半导体巨头英伟达自10月2日创下每股292.76美元的历史高点以来,已经下跌了近一半。截至11月19日收盘,该股交易价格为144.7美元。在过去的2016至2017年,英伟达堪称科技股中的“妖股”,2016年股价累计上涨224%,2017年上涨81%,而今年三季度营收不及预期,盘后跌逾16%。美国股市其他芯片公司也呈现下跌态势,AMD跌3.6%,美光科技跌1.7%,英特尔跌1.0%,苹果跌0.5%。除美国外,其他国家和地区芯片公司股票也呈现下跌态势,如台积电与联发科遭证券分析机构调低评价等级及目标价,反映了法人对半导体产业最担心的两大不利因素,包括整体经济变动影响半导体产业环境,以及由于太过依赖智能手机,导致如今手机市场增长趋缓对半导体产生的反作用力。资深行业观察家莫大康对中国电子报记者坦言,产业转冷趋势的确已十分明显,特别是今年第四季度。这一现象符合规律,无论是存储器制造行业还是整个半导体产业,都是靠“量大”来驱动的,因此一些细微的复杂因素被放大,国内企业应做好充分准备加以应对。Gartner半导体和电子研究副总裁盛陵海告诉《中国电子报》记者,产业趋冷现象真实存在,它是由半导体行业的特性决定的,与投资和供给的平衡有关。多重原因叠加,促使市场转冷2017年半导体市场因存储器的带动作用走向历史新高,2018年至今,从材料、设备、设计等多个领域内相关企业的现状来看,产业转冷现象渐显。“此次市场转冷,总结来说可分为三点原因。”莫大康说。莫大康认为,第一点原因,半导体产业深受存储器价格影响,2017年的辉煌靠的是存储器价格拉动,2018年的下滑同样是拜其所赐,可谓涨也存储器,落也存储器。目前我们看到的“下滑”和“转冷”,也符合半导体产业和存储器行业的周期性发展规律,因此,这一趋势似乎是客观存在,不可避免。除了存储器价格下滑,智能终端产品市场缩水也对半导体产业转冷造成一些影响。“过去几年智能手机等移动终端设备的大幅增长,使得存储器需求旺盛一时,然而现在智能手机等终端设备市场已经接近饱和,市场逐渐缩水,半导体产业也受到一些影响。”莫大康说。物联网、汽车电子、AI、AR/VR等市场对产业的带动呼声很高,但是莫大康认为,目前新兴市场都只是在培育和成长的过程之中,市场空间还尚未开发。“AI、AR/VR、汽车电子、物联网等市场对半导体产业的带动作用毋庸置疑,但是目前来看,这些市场刚刚起步。尤其在传输方面,5G还尚未成熟,这些市场的带动作用还没得以发挥。”莫大康说。他认为,不仅如此,全球半导体产业的发展同样深受国际大环境的影响。国际和区域经贸关系不但影响到关税和相关产业链,更主要的是对心理方面的影响。提振信心应对转冷期产业转冷是否会带动起紧张氛围?盛陵海表示,半导体周期往复是产业正常现象,半导体本身发展会有很多不确定的因素,国际环境、技术升级等各方面因素都会影响半导体产业的走势。“但是有一点能够肯定的是,在产业周期性变化的过程中,企业应该努力延长高峰期,缩短低谷期。低谷期并不可怕,可怕的是企业没有创新,越是具有创新的企业,在低谷期,越有可能找到新的爆发点。”盛陵海说。在危机中寻找契机,在契机中化解危机,在行业转冷时期做足准备,走过寒冬便是春。莫大康告诉记者,面对半导体产业转冷,中国企业首先要做的应该是提升自身信心。我国半导体产业目前距离国际水平还有一定的差距,但是差距并不是无法追赶的,中国企业需要先树立自身信心,才能有所突破。在我国政策的积极扶持下,目前半导体企业在国内遍地开花。莫大康表示,在层出不穷的企业中培养骨干十分重要。
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