光生伏特效應(yīng)

　　英文名稱：Photovoltaiceffect。光生伏特效應(yīng)是指半導(dǎo)體在受到光照射時(shí)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。光生伏特效應(yīng)--(可制作光電池、光敏二極管、光敏三極管和半導(dǎo)體位置敏感器件傳感器）；側(cè)向光生伏特效應(yīng)（殿巴效應(yīng)）--(可制作半導(dǎo)體位置敏感器件（反轉(zhuǎn)光敏二極管）傳感器）；PN結(jié)光生伏特效應(yīng)--(可制作光電池、光敏二極管和光敏三極管傳感器）。

　　光電伏特效應(yīng)概述

　　P-N結(jié)

　　太陽(yáng)能電池發(fā)電的原理是基于半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)將太陽(yáng)輻射直接轉(zhuǎn)換為電能。在晶體中電子的數(shù)目總是與核電荷數(shù)相一致，所以P型硅和N型硅對(duì)外部來(lái)說(shuō)是電中性的。如將P型硅或N型硅放在陽(yáng)光下照射，僅是被加熱，外部看不出變化。盡管通過(guò)光的能量電子從化學(xué)鍵中被釋放，由此產(chǎn)生電子－空穴對(duì)，但在很短的時(shí)間內(nèi)（在μS范圍內(nèi)）電子又被捕獲，即電子和空穴“復(fù)合”。

　　當(dāng)P型和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí)，在兩種半導(dǎo)體的交界面區(qū)域里會(huì)形成一個(gè)特殊的薄層，界面的P型一側(cè)帶負(fù)電，N型一側(cè)帶正電。這是由于P型半導(dǎo)體多空穴，N型半導(dǎo)體多自由電子，出現(xiàn)了濃度差。N區(qū)的電子會(huì)擴(kuò)散到P區(qū)，P區(qū)的空穴會(huì)擴(kuò)散到N區(qū)，一旦擴(kuò)散就形成了一個(gè)由N指向P的“內(nèi)電場(chǎng)”，從而阻止擴(kuò)散進(jìn)行。達(dá)到平衡后，就形成了這樣一個(gè)特殊的薄層形成電勢(shì)差，這就是P－N結(jié)。

　　至今為止，大多數(shù)太陽(yáng)能電池

　　太陽(yáng)能電池

　　廠家都是通過(guò)擴(kuò)散工藝，在P型硅片上形成N型區(qū)，在兩個(gè)區(qū)交界就形成了一個(gè)P－N結(jié)（即N+/P）。太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu)就是一個(gè)大面積平面P－N結(jié)。

　　光生伏特效應(yīng)

　　如果光線照射在太陽(yáng)能電池上并且光在界面層被吸收，具有足夠能量的光子能夠在P型硅和N型硅中將電子從共價(jià)鍵中激發(fā)，以致產(chǎn)生電子－空穴對(duì)。界面層附近的電子和空穴在復(fù)合之前，將通過(guò)空間電荷的電場(chǎng)作用被相互分離。電子向帶正電的N區(qū)和空穴向帶負(fù)電的P區(qū)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)界面層的電荷分離，將在P區(qū)和N區(qū)之間產(chǎn)生一個(gè)向外的可測(cè)試的電壓。此時(shí)可在硅片的兩邊加上電極并接入電壓表。對(duì)晶體硅太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)，開(kāi)路電壓的典型數(shù)值為0.5～0.6V。通過(guò)光照在界面層產(chǎn)生的電子－空穴對(duì)越多，電流越大。界面層吸收的光能越多，界面層即電池面積越大，在太陽(yáng)能電池中形成的電流也越大。

　　光電伏特效應(yīng)與光電池

　　光電池

　　光電池是一種直接將光能轉(zhuǎn)換為電能的光電器件。光電池在有光線作用時(shí)實(shí)質(zhì)就是電源，電路中有了這種器件就不需要外加電源。

　　光電池（又稱為光敏二極管），如硒光電池，硅光電池等都是利用光生伏特效應(yīng)制成的半導(dǎo)體器件。光電池的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、不需要外加電源就可以工作。它主要應(yīng)用于光譜儀器的光接收器，光電轉(zhuǎn)換、紅外探測(cè)、光電開(kāi)關(guān)等方面。

　　光電池的工作原理

　　光電池的工作原理是基于“光生伏特效應(yīng)”。它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)大面積的PN結(jié)，當(dāng)光照射到PN結(jié)的一個(gè)面，例如P型面

　　光伏發(fā)電

　　時(shí)，若光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，那么P型區(qū)每吸收一個(gè)光子就產(chǎn)生一對(duì)自由電子和空穴，電子-空穴對(duì)從表面向內(nèi)迅速擴(kuò)散，在結(jié)電場(chǎng)的作用下，最后建立一個(gè)與光照強(qiáng)度有關(guān)的電動(dòng)勢(shì)。

　　光電池基本特性

　　有以下幾種：

　　(1)光譜特性光電池對(duì)不同波長(zhǎng)的光的靈敏度是不同的。光譜響應(yīng)峰值所對(duì)應(yīng)的入射光波長(zhǎng)是不同的，硅光電池波長(zhǎng)在0.8μm附近，硒光電池在0.5μm附近。硅光電池的光譜響應(yīng)波長(zhǎng)范圍為0.4~1.2μm，而硒光電池只能為0.38~0.75μm。可見(jiàn)，硅光電池可以在很寬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)得到應(yīng)用。

　　(2)光照特性：光電池在不同光照度下，其光電流和光生電動(dòng)勢(shì)是不同的，它們之間的關(guān)系就是光照特性。短路電流在很大范圍內(nèi)與光照強(qiáng)度呈線性關(guān)系，開(kāi)路電壓（即負(fù)載電阻RL無(wú)限大時(shí)）與光照度的關(guān)系是非線性的，并且當(dāng)照度在2000lx時(shí)就趨于飽和了。因此用光電池作為測(cè)量元件時(shí)，應(yīng)把它當(dāng)作電流源的形式來(lái)使用，不宜用作電壓源。

　　(3)溫度特性光電池的溫度特性是描述光電池的開(kāi)路電壓和短路電流隨溫度變化的情況。由于它關(guān)系到應(yīng)用光電池的儀器或設(shè)備的溫度漂移，影響到測(cè)量精度或控制精度等重要指標(biāo)，因此溫度特性是光電池的重要特性之一。開(kāi)路電壓隨溫度升高而下降的速度較快，而短路電流隨溫度升高而緩慢增加。由于溫度對(duì)光電池的工作有很大影響，因此把它作為測(cè)量元件使用時(shí)，最好能保證溫度恒定或采取溫度補(bǔ)償措施。

　　“光生伏特效應(yīng)”

　　利用太陽(yáng)能的最佳方式是光伏轉(zhuǎn)換，就是利用光伏效應(yīng)，使太

　　光生伏特效應(yīng)用

　　陽(yáng)光射到硅材料上產(chǎn)生電流直接發(fā)電。

　　“光生伏特效應(yīng)”（Photovoltaiceffect），簡(jiǎn)稱“光伏效應(yīng)”。光伏效應(yīng)指光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬結(jié)合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。它首先是由光子（光波）轉(zhuǎn)化為電子、光能量轉(zhuǎn)化為電能量的過(guò)程；其次，是形成電壓過(guò)程。有了電壓，就像筑高了大壩，如果兩者之間連通，就會(huì)形成電流的回路。

　　光伏材料能將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換成電能的材料。光伏材料又稱太陽(yáng)能電池材料，只有半導(dǎo)體材料具有這種功能。可做太陽(yáng)電池材料的材料有單晶硅、多晶硅、非晶硅、GaAs、GaAlAs、InP、CdS、CdTe等。用于空間的有單晶硅、GaAs、InP。用于地面已批量生產(chǎn)的有單晶硅、多晶硅、非晶硅。其他尚處于開(kāi)發(fā)階段。目前致力于降低材料成本和提高轉(zhuǎn)換效率，使太陽(yáng)能電池的電力價(jià)格與火力發(fā)電的電力價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)，從而為更廣泛更大規(guī)模應(yīng)用創(chuàng)造條件。

　　以硅材料的應(yīng)用開(kāi)發(fā)形成的產(chǎn)業(yè)鏈條稱之為光伏產(chǎn)業(yè)，包括高純多晶硅原材料生產(chǎn)、太陽(yáng)能電池生產(chǎn)、太陽(yáng)能電池組件生產(chǎn)、相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備的制造等。

　　太陽(yáng)能電池組件

　　我國(guó)76%的國(guó)土光照充沛，光能資源分布較為均勻；與水電、風(fēng)電、核電等相比，太陽(yáng)能發(fā)電沒(méi)有任何排放和噪聲，應(yīng)用技術(shù)成熟，安全可靠；除大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電和離網(wǎng)應(yīng)用外，太陽(yáng)能還可以通過(guò)抽水、超導(dǎo)、蓄電池、制氫等多種方式儲(chǔ)存，太陽(yáng)能+蓄能，幾乎可以滿足中國(guó)未來(lái)穩(wěn)定的能源需求。

　　太陽(yáng)能是未來(lái)最清潔、安全和可靠的能源，發(fā)達(dá)國(guó)家正在把太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用作為能源革命主要內(nèi)容長(zhǎng)期規(guī)劃，光伏產(chǎn)業(yè)正日益成為國(guó)際上繼IT、微電子產(chǎn)業(yè)之后又一爆炸式發(fā)展的行業(yè)。

　　光伏產(chǎn)業(yè)鏈包括硅料、硅片、電池片、電池組件、應(yīng)用系統(tǒng)5個(gè)環(huán)節(jié)。上游為硅料、硅片環(huán)節(jié)；中游為電池片、電池組件環(huán)節(jié)；下游為應(yīng)用系統(tǒng)環(huán)節(jié)。從全球范圍來(lái)看，產(chǎn)業(yè)鏈5個(gè)環(huán)節(jié)所涉及企業(yè)數(shù)量依次大幅增加，光伏市場(chǎng)產(chǎn)業(yè)鏈呈金字塔形結(jié)構(gòu)。