非晶硅薄膜太阳能电池中P N I的含义是什么?

P是指P型半导体,N是指N型半导体,I是指本征半导体。

1.pn结的形成:

硅是一种有四个价电子的半导体材料。当具有五个价电子的元素作为杂质掺杂到硅中时,形成N型半导体。掺杂的杂质比硅多一个价电子,这个电子可以在硅中起到传输电流的作用。这种杂质称为施主杂质,由于电子数量多,所以称为多数载流子。例如磷或砷。当具有三个价电子的元素作为杂质掺杂到硅中时,形成P型半导体,这被称为受主杂质。例如,当镓取代晶体结构中的硅或锗原子时,一个键缺少一个电子。这个缺少电子的位置叫做空穴。相邻的电子会填充这个空穴,并在别处留下新的空穴,相邻的电子会填充新的空穴,以此类推。这样,电子的运动就相当于空穴的自由运动。而整体保持电中性。

2 PN结发光产生光伏效应

光是由不同能量的光子组成的。当光入射到PN结表面时,短波长和能量高的光子在pn结的鼎城产生电子-空穴对,长波长和能量低的光子在P区产生电子-空穴对。如果产生的电子-空穴对有足够长的寿命,就会扩散到空间电荷区附近,被内置的电铲分离。由于电学中的异性相吸原理,光生少数载流子——P区的电子进入N区,光生非平衡少数载流子——N区的空穴进入P区。如果太阳能电池的前后电极开路,被内建电场分开的光生电子和光生空穴分别在空间电荷区两侧积累,形成光电场。这个电场与pn结原有的内建电场相反。光生电场打破了P-N结的平衡,产生光生电压,这就是光电转换的光伏效应。

3.pn结在太阳能电池中的应用

半导体材料P/N结构太阳能电池以P型侧为正极,N型侧为负极。当太阳光照射P/N结时,P型区的电子吸收光子能量,跨过接触电势到达N型区,形成光电势。当负载与正负电极连接时,电子会通过负载流向P型区,向负载输出电能。只要有光,太阳能电池就能输出电能。

半导体材料有很多种,也可以有很多种P/N结构的太阳能电池。目前,基于单晶硅的太阳能电池被广泛使用。在一定光强下,开路电压为0.5至0.6伏。其光电转换效率从一开始的10%以下(1954)提高到70年代的15%,现在已经达到20%。提高效率的途径是增强对太阳光的吸收和改进P/N结的制备工艺。太阳能电池可以像其他化学电池一样进行串并联组合,以满足大功率应用。

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