第七章第七章 太阳电池和光电二极太阳电池和光电二极管管 半导体中的光吸收半导体中的光吸收P-N结的光生伏特效应结的光生伏特效应 太阳电池的太阳电池的I-V特性特性太阳电池的效率太阳电池的效率 光产生电流和收集效率光产生电流和收集效率提高太阳电池效率的考虑提高太阳电池效率的考虑 光电二极管光电二极管光电二极管的特性参数光电二极管的特性参数 太阳电池和光电二极管太阳电池和光电二极管领域领域项目项目有关器件有关器件显示显示数字和文字显示数字和文字显示电视显示电视显示图像显示图像显示投影显示投影显示全息像显示全息像显示发光二极管、半导体激光器发光二极管、半导体激光器液晶、放电管、阴极射线管液晶、放电管、阴极射线管各种激光器、光调制和光偏各种激光器、光调制和光偏转装置、光接收器和摄像装置、转装置、光接收器和摄像装置、全息照相装置全息照相装置光电子学是介于光学技术和电子工程之间的新兴边缘科学。这门学光电子学是介于光学技术和电子工程之间的新兴边缘科学。这门学科是随着发光二极管、半导体激光器等器件的问世而诞生的。科是随着发光二极管、半导体激光器等器件的问世而诞生的。光电子学分类光电子学分类 引言引言太阳电池和光电二极管太阳电池和光电二极管领域领域项目项目有关器件有关器件光信息处理图像处理、图形识别光贮存器、模拟光运算数字光逻辑、光输入、输出LED、Laser、各种激光器、光调制和光偏转装置、光接收和摄象装置、感光材料、全息照相装置光通信大气传输光信号透镜光导光通信光纤通信、卫星通信海洋光通信、光雷达LED、Laser、各种激光器、光调制装置、光接收器、光纤、集成电路、透镜光导光开关、负阻器件、光耦合器、电耦合器件、磁泡器件、太阳电池其它 引言引言太阳电池和光电二极管太阳电池和光电二极管7.2 7.2 P-NP-N结的光生伏特效应结的光生伏特效应 P-NP-N结结光光生生伏伏特特效效应应就就是是半半导导体体吸吸收收光光能能后后在在P-NP-N结结上上产产生生光光生生电电动动势势的的效效应应。光光生伏打效应涉及到以下三个主要的物理过程：生伏打效应涉及到以下三个主要的物理过程：第一、半导体材料吸收光能产生出非平衡的电子第一、半导体材料吸收光能产生出非平衡的电子空穴对；空穴对；第第二二、非非平平衡衡电电子子和和空空穴穴从从产产生生处处向向非非均均匀匀势势场场区区运运动动，这这种种运运动动可可以以是是扩扩散散运运动动，也也 可以是漂移运动；可以是漂移运动；第第三三、非非平平衡衡电电子子和和空空穴穴在在非非均均匀匀势势场场作作用用下下向向相相反反方方向向运运动动而而分分离离。这这种种非非均均匀匀势势场场 可以是结的空间电荷区，也可以是金属可以是结的空间电荷区，也可以是金属半导体的肖特基势垒或异质结势垒等。半导体的肖特基势垒或异质结势垒等。 太阳电池和光电二极管太阳电池和光电二极管 图图 7-5 7-5 P-NP-N结结能能带带图图：（a a）无无光光照照平平衡衡P-N结结，（b b）光光照照P-N结结开开路路状状态态，（c c）光照光照P-NP-N结有串联电阻时的状态结有串联电阻时的状态 。7.2 7.2 P-NP-N结的光生伏特效应结的光生伏特效应 太阳电池和光电二极管太阳电池和光电二极管7-9 7-9 光电二极管光电二极管 2、P-I-N光电二极管光电二极管 图图7-20 P-I-N光电二极管的工作原理，（光电二极管的工作原理，（a）光电二极管的剖面图；光电二极管的剖面图；(b）反向偏置时的能带图；（反向偏置时的能带图；（c）光吸收特性光吸收特性1、光电二极管工作原理：光照反偏、光电二极管工作原理：光照反偏PN结，产生的光生载流子被空间电荷区结，产生的光生载流子被空间电荷区电场漂移形成反向电流。光电二极管把光信号转换成了电信号。反向的光电电场漂移形成反向电流。光电二极管把光信号转换成了电信号。反向的光电流的大小与入射光的强度和波长有关。光电二极管用于探测光信号。流的大小与入射光的强度和波长有关。光电二极管用于探测光信号。I层的目的是为了获得最佳的量子效率和频率响应。层的目的是为了获得最佳的量子效率和频率响应。