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,咱们都知道半导体便是导电功能介于导体和绝缘体之间,但应该不晓得是为什么?
今日首要分为五块进行总结,半导体能带理论、半导体分类、分散和漂移、PN结、光生伏特效应。
导电是因为电子的搬运,原子外层有三种能带,我的了解是价带是离原子核比较近的区域,价带中的电子会遭到比较强的捆绑;导带是离原子核比较远的区域,其间的电子比较自在,在外加电场下能够发生搬运,即能够导电;禁带是价带和导带之间的区域,该区域没有电子存在,电子能够吸收能量从价带跳过禁带抵达导带,这种电子越轨方法叫做“跃迁”。由下图可知,不同物质的禁带区域不同,导体的禁带很窄乃至没有禁带,所以在室温下就能够容易完结跃迁,电子从价带搬运到导带;可是绝缘体的禁带区域比价宽一般大于5eV,在正常室温下就不会发生导电,可是听说在强影响下也有或许导哈哈;半导体的禁带小于3eV,一般给点影响(光、热)价带上的电子就或许穿越禁带,抵达导带完结跃迁。
半导体分为纯洁半导体(本征半导体)和掺杂半导体。本征半导体就比较纯,它一般由四价元素硅、锗构成,在外界影响(热运动)下,其共价键中少量的电子或许会挣脱捆绑,完结跃迁,就会发生一个自在电子和一个空穴,自在电子能够在外电场效果下定向移动,构成电子电流。如下图:
掺杂半导体便是在本征半导体里产了其他元素,一般分为两种,便是咱们天天说的P型半导体和N型半导体;其间P型半导体是掺入了三价元素,硼、镓、铟等,本来摆放中的硅原子被硼原子代替后,部分电子会被硼原子的空穴代替(图左);N型半导体是掺入了五价元素,磷、锑、砷等,本来摆放中的硅原子被磷原子代替,会多出部分电子(图右)。
1)N型和P型半导体都是呈电中性的哈(很简略的问题我琢磨了良久),因为掺杂的B或P原子自身便是中性的,原子核和电子的数目都是共同的,这儿要注意掺杂后的掺杂原子原子核不是本来硅原子的+4了哈。
2)本征半导体在室温下因为热运动,能够激宣布电子空穴对,可是比较少,当然掺杂半导体也能够本征激宣布电子空穴对,这些带负电的自在电子和带正电的空穴称为载流子;P型半导体中因为掺杂三价元素,所以空穴在载流子中占大都,所以空穴在P型半导体中被称为多子,自在电子被称为少子;N型半导体中因为掺杂五价元素所以自在电子占载流子大都,被称为多子,N型空穴被称为少子。
3.分散和漂移电子或空穴移动构成电流,它们的移动方法有两种,一是分散,二是漂移;多子的移动叫分散,其实就像往白水里加了一些墨水,墨水多的区域中的墨水会向少的当地分散;少子的移动叫漂移,一般是在电动势下,电子或空穴受电场力效果发生的移动;在待会儿要讲的PN结里漂移和分散是方向相反的两种运动,终究漂移和分散到达平衡就会构成PN结。4.PN结
这个姓名咱们应该很熟悉,从我看光伏第一天,我就知道PN结,但一向也没弄清楚它。咱们上边说了P型半导体和N型半导体,当咱们把两种半导体放在一块儿时,会发生什么现象呢?首要因为两头的电子和空穴浓度不同,所以会发生电子和空穴的分散;P型半导体中空穴较多,会分散到N型中;N型半导体自在电子较多,会分散到P型半导体中。如下图:
自在电子和空穴发生分散运动后,空穴和电子会复合消失,可是不会整个P型半导体和N型半导体的载流子都均匀混合,接近PN中心的那条线的两头的载流子会优先复合,但远离中心线的电子和空穴不会复合,能够先了解成后边的被前边的离子挡住了,过不去了,所以无法复合。
P型半导体中有部分接近PN中心线的原子失去了空穴,变成负离子;N型半导体中部分接近PN中心线的原子失去了电子,变成了正离子;P型半导体和N型半导体中心触摸的部分会构成一个空间载荷区。如下图:
在空间载荷区中,左端P区的负离子会和右端N区的正离子构成一个自建电场,会发生电场力;电流方向是绿色箭头,此刻空穴会受电场力影响从右向左移动,电子会受电场力影响从左向右移动,没错这便是上边说过的电子和空穴的漂移;能够发现漂移就适当所以刚刚分散曩昔的电子和空穴又漂移了回来,所以终究当漂移和分散运动到达均衡时,中心的这个空间载流区就会趋于稳定,构成PN结。如下图:
PN结其实便是一个二极管,具有单向导电性,在其外部接正向电源时(正接N,负接P),与自建电场方向相同,电子和空穴漂移会添加,PN宽度减小,电流能够很顺畅的流过,应该便是电阻小的意思吧;在其外部接负向电源时(正接P,负接N),与自建电场方向相反,电子和空穴的分闭会添加,PN结区域会添加,电流不能够顺畅经过,电阻最终会趋于无限大。(便是正接能够通电,反接不能通电)
总算到最终了,回想一下,半导体在外界影响下,被原子核捆绑的电子能够从价带跨过禁带进入导带,成为自在电子,放飞自我。
咱们的太阳光便是这个影响,当太阳光照射在上边那个由P型和N型半导体构成的多半导体上时,有三个区域的原子会发生受光子影响,发生跃迁反响,构成电子空穴对,分别是:PN结区域,除PN结以外的P型和N型半导体区域,便是整块每个当地都有或许会发生电子空穴对。如下图:
在PN结上光照发生的电子遭到电场力的影响,会被扔到N型区,PN结上发生的空穴因为受电场力影响,会被扔到P型区;还有少量在PN结边上的电子空穴也有或许穿过PN结,但应该或许性不大;此刻太阳能电池就现已构成,在该半导体两头接上回路便可发生电流。这便是太阳能电池发电啦!
最终总结一下:1.首要是在本征半导体里掺杂三价和五价元素,构成P型/N型半导体。(便是做硅片时,掺杂构成P型/N型硅片)
2.P型和N型半导体放在一同,因为多子的分散和少子的漂移,构成PN结。(做电池片时会在硅片进步跋涉一步掺杂,构成PN结)
3.光照射在PN结,电子从价带跃迁到导带,构成自在电子和空穴,在电场力影响下定向移动至N和P处,外接回路即可构成电流。
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