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1、硅半導(dǎo)體與非晶硅材料2.1半導(dǎo)體材料2.2半導(dǎo)體種類2.3光能的轉(zhuǎn)換吸收2.4電子空穴對的產(chǎn)生與復(fù)合2.5光生伏打與PN結(jié)2.1半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)圖1983年，貝克勒發(fā)現(xiàn)了某些材料在被曝光時產(chǎn)生電流的現(xiàn)象，也就是所謂的光電伏特效應(yīng)，是光伏器件或太陽能電池工作的基礎(chǔ)。太陽能電池是由半導(dǎo)體材料制造而成的，這種材料在低溫下是絕緣體，但在右能量或熱量輸入時就成為了導(dǎo)體。目前，由于硅材料的技術(shù)最為成熟，大多數(shù)太陽能電池是用硅材料制造的。人們也正在積極地研究其他可以取代硅的材料。半導(dǎo)體材料的電學(xué)特性通?？梢圆捎脙煞N
2、模型來解釋，分別是化學(xué)鍵模型和能帶模型。2.1.1化學(xué)鍵模型化學(xué)鍵模型是用將硅原子象結(jié)合的共價鍵來描述硅半導(dǎo)體的運動特性。在低溫下，這些共價鍵是完好的，硅材料顯示出絕緣體的特征。但遇到高溫的情況時，一些共價鍵就被破壞，此時有兩種過程可以使硅材料導(dǎo)電：1.電子從被破壞掉得共價鍵中釋放出來自由運動；2.電子也能從相鄰的共價鍵中移動到由被破壞的共價鍵所產(chǎn)生的”空穴”里，而那些相鄰的共價鍵便遭到破壞，如此使得遭破壞的共價鍵或稱空穴得以傳播，如同這些空穴具有正電荷一樣?？昭ㄟ\動的概念類似于液體中氣泡的運動。氣泡的運動盡管實
3、際上是液體的流動，但是也可以簡單的理解為氣泡的反方向運動。2.1.2能帶模型Eg能帶模型根據(jù)價帶的導(dǎo)帶間的能量來描述半導(dǎo)體的運動特性。如圖（1）所示，電子在共價鍵中德能量對應(yīng)于其在價帶的能量，電子在導(dǎo)帶中是自由運動的。帶隙的能量差反映了使電子脫離價帶躍遷到導(dǎo)帶的最小能量。只有電子進(jìn)入導(dǎo)帶才能產(chǎn)生電流。同時空穴在價帶以相反與電子的方向運動，產(chǎn)生電流。這個模型被稱作能帶模型。2.1.3摻雜半導(dǎo)體摻雜，將需要的雜質(zhì)摻入特定的半導(dǎo)體區(qū)域中，以達(dá)到改變半導(dǎo)體電學(xué)性質(zhì)，形成PN結(jié)。磷（P）、砷（As）（摻入五價元素）——N型
4、硅硼（B）、鋁（Al）（摻入三價元素）——P型硅摻雜工藝擴(kuò)散’離子注入。相對而言，本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)目極少，導(dǎo)電能力很低。但如果在其中摻入微量的雜質(zhì)，所形成的雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能將大大增加。由于摻入的雜質(zhì)不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體可以分為N型和P型兩大類。N型半導(dǎo)體中摻入的雜質(zhì)為磷或其它五價元素。磷原子在取代原晶體結(jié)構(gòu)中德原子并構(gòu)成共價鍵時，多余的第五個價電子很容易擺脫磷原子核的束縛而成自由電子， 于是半導(dǎo)體中的自由電子數(shù)目大量增加，自由電子成為多數(shù)載流子，空穴則成為少數(shù)載流子。P型半導(dǎo)體中摻入的雜質(zhì)為硼或其它三價元素。
5、硼原子在取代原晶體結(jié)構(gòu)中的原子并構(gòu)成共價鍵時，講因缺少一個價電子而形成一個空穴，于是半導(dǎo)體中的空穴數(shù)目大量增加，空穴成為多數(shù)載流子，而自由電子則成為少數(shù)載流子?？梢酝ㄟ^慘雜其它雜質(zhì)原子來改變電子與空穴在硅晶格中的數(shù)量平衡。摻入比原半導(dǎo)體材料多一個價電子的原子，可以制備N型半導(dǎo)體材料。摻入比原半導(dǎo)體材料少一個價電子的原子，可以制備P型半導(dǎo)體材料，如圖所示：N型半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)P型半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)2.2半導(dǎo)體的種類（1）晶體與非晶體的區(qū)別日常所見道德固體分為非晶體和晶體兩大類。非晶體物質(zhì)的內(nèi)部原子排列沒有一定的規(guī)
6、律，斷裂時斷口也是隨機(jī)的，如塑料盒玻璃等。而稱之為晶體的物質(zhì)，外形呈現(xiàn)天然的有規(guī)則的多面體，具有明顯的棱角與平面，其內(nèi)部的原子是按照一定的規(guī)律整齊地排列起來，所以破裂時也按照一定的平面斷開，如食鹽‘水晶等。（2）單晶體與多晶體的區(qū)別有的晶體是由許許多多的小晶粒組成。若晶粒之間的排列沒有規(guī)則，這種晶體稱之為多晶體，如金屬銅和鐵。但也有的晶體本身就是一個完整的大晶粒，這種晶粒稱之為單晶體，如水晶和金剛石。(3)單晶硅與多晶硅太陽能電池的區(qū)別多晶硅是單質(zhì)貴的一種形態(tài)。熔融的單質(zhì)硅在過冷條件下凝固時，硅原子以金剛石晶格形
7、態(tài)排列成許多晶核，如這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結(jié)合起來，就結(jié)晶成多晶硅。多晶硅可作拉制單晶硅的原料。多晶硅與單晶硅的差異主要表現(xiàn)在物理性質(zhì)方面。單晶硅電池轉(zhuǎn)換效率高，穩(wěn)定性好，但是成本較高。多晶硅電池成本低，轉(zhuǎn)換效率較低與直拉單晶硅太陽能電池，材料中輝有各種缺陷，如晶界、位錯、微缺陷，材料中含有雜質(zhì)碳和氧，以及工藝過程匯總玷污的過度族金屬。用來制造太陽能電池的硅和其他材料的半導(dǎo)體通常有單晶硅、mc多晶體、pc多晶體、微晶體和無定形晶體。盡管這些晶體種類的名稱在不同場合可能用法各異，依照熱定的方法，
8、用晶粒的平面大小來定義：微晶體的晶粒小于1um，PC多晶體的晶粒小于1mm，mc多晶體的晶粒大小小于10m。2.2.1單晶硅（sc-Si）晶硅的規(guī)則的晶體結(jié)構(gòu)，它的每個原子都理解地排列在預(yù)先注定的位置，因此，單晶硅的理論和技術(shù)才能被迅速地應(yīng)用于晶體材料，表現(xiàn)出可預(yù)測和均勻的行為特性。但由于單晶硅材料的制造過程必須極其細(xì)致而緩慢，是最為昂貴的一種硅材料，因此價格更為低廉的多
