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PN结光伏原理

1940
  • Russell Ohl
太阳能电池中的 P-N 结,展示半导体物理学。

(生成的图像仅供参考)

太阳能电池的核心是 p-n 结,即 p 型和 n 型半导体材料之间的界面。这个结在耗尽区产生一个内置电场。当具有足够能量的光子撞击半导体时,会产生电子-空穴对。电场将这些电荷载流子分离开来,将电子驱动到 n 端,将空穴驱动到 p 端,从而产生电压。.

pn结是大多数太阳能电池的基本组成部分。它由空穴(正电荷载流子)过剩的p型半导体与电子(负电荷载流子)过剩的n型半导体连接而成。这通常是通过在单个半导体晶体(例如硅)的两侧掺杂不同的杂质来实现的。

在界面上,电子从 n 端扩散到 p 端,空穴从 p 端扩散到 n 端。这种扩散过程不会无限期地持续下去。当电子和空穴穿过交界处时,它们会重新结合,在 n 侧留下电离的供体原子,在 p 侧留下电离的受体原子。这就形成了一个耗尽自由电荷载流子的区域,称为耗尽区或空间电荷区。该区域中固定的电离原子会形成一个强大的静态电场,从 n 侧指向 p 侧。.

这种内置电场对于 光电效应. .当能量大于半导体带隙能([latex]E_g[/latex])的光子被吸收时,会将一个电子从价带激发到导带,产生一个电子-空穴对。如果这对电子在耗尽区内产生或靠近耗尽区并扩散到耗尽区内,电场就会对它们产生作用。电场将电子扫向 n 侧,将空穴扫向 p 侧。电荷的这种分离防止了直接重组,并在 p 面积累正电荷,在 n 面积累负电荷。器件上的这种电荷分离产生了光电压,它可以驱动电流通过外部电路,从而将光能转化为电能。.

UNESCO Nomenclature: 2210
- 物理学

类型

物理设备

中断

革命

使用方法

广泛使用

前体

  • 海因里希·赫兹发现光电效应(1887年)
  • 爱因斯坦对光电效应的解释(1905 年)
  • 半导体物理和掺杂技术的发展
  • 发现金属-半导体接触处的整流(1874年)

应用

  • 光伏太阳能电池板
  • 光电二极管
  • 发光二极管(LED)
  • 半导体晶体管

专利:

  • US2402662A

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历史背景

PN结光伏原理

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(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

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