应用光伏学第2章半导体与PN结.pptVIP

并且： 式中：U为净复合率， 是对应的载流子相对于其热平衡值 的扰动。 对P型半导体：辐射复合，俄歇复合和通过复合中心复合的复合率为： P型半导体中少子寿命为： § 2.4.2 复合理论--扩散长度 * UNSW新南威尔士大学 * 少数载流子寿命和扩散长度在很大程度上取决于复合的类型和数量。 对于许多种类的硅太阳能电池来说，SRH复合是主要的复合机制。而复合率则决定于材料中存在的缺陷数量，因此，当太阳能电池的掺杂量增加时，SRH复合的速率也将随着增加。 § 2.4.2 复合理论--扩散长度 还有一个相关的参数—少子扩散长度，是指在复合之前一个载流子从产生处开始运动的平均路程。 * UNSW新南威尔士大学 * 在硅中，少子寿命可以达到1μs。对于单晶硅太阳能电池来说，扩散长度通常在100-300μm之间。这两个参数表征了材料相对于电池应用的质量和适用度。 § 2.4.2 复合理论--扩散长度 另外，因为俄歇复合更多的是在重掺杂和被加热的材料发生，所以俄歇复合过程也会随着掺杂的增加而增强。 此外，生成半导体薄片的方法和过程对扩散长度也有重要影响。 § 2.4.3 复合理论--表面复合 任何在半导体内部或表面的缺陷和杂质都会促进复合。因为太阳能电池表面存在着严重的晶格分裂，所以电池表面是一个复合率非常高的区域。 * UNSW新南威尔士大学 * “表面复合速度”的单位为cm/s，被用来描述表面复合的快慢。 表面复合速度的大小，在很大程度上受到晶体表面物理性质和外界气氛的影响。对于锗，s大约在102－106cm/s范围内，而硅的s值一般在103－5*103cm/s。 § 2.4.3 复合理论--表面复合 * UNSW新南威尔士大学 * 在没有发生复合的表面：往表面运动的载流子数目也为零，因此表面复合率也为零。 当表面复合非常快时：高复合率导致表面附近的区域的少子枯竭。会引起周围高浓度区域的载流子往此处扩散。因此，表面复合率受到扩散到表面的载流子的速率的限制。 对大多数半导体来说最大速度为1×107cm/sec。 表面复合率： Us与表面处非平衡载流子浓度(ΔP)s成正比。 半导体表面的缺陷是由于晶格排列在表面处的中断造成的，即在表面处产生挂键。 减少挂键的数目可以通过在半导体表面处生长一层薄膜以连接这些挂键，这种方法也叫做表面钝化。 * UNSW新南威尔士大学 * § 2.4.3 复合理论--表面复合 半导体表面的挂键引起了此处的高复合率。 § 2.5.1 载流子的运动 --半导体中载流子的运动 导带中的电子和价带中的空穴之所以被叫做自由载流子，是因为它们能在半导体晶格间移动。 一个很简单但在多数情况下都适用的对载流子运动的描述是，在一定温度下，在随机方向运动的载流子都有特定的速度。 在与晶格原子碰撞之前，载流子在随机方向运动的距离长度叫做散射长度。一旦与原子发生碰撞，载流子将往不同的随机方向运动。 * UNSW新南威尔士大学 * § 2.5.1 载流子的运动 --半导体中载流子的运动 载流子的速度决定于晶格的温度。在温度为T 的半导体内载流子的平均运动能量为mv2/2 ，其中m为载流子的质量，v代表热运动速度。 * UNSW新南威尔士大学 * 热运动速度指的是载流子速度的平均值，因：载流子的速度是分散的、不均匀的，有些速度快有些则很慢。下面的动画显示了载流子的运动。 * UNSW新南威尔士大学 * 尽管半导体中的载流子在不停地做随机运动，但是并不存在载流子势运动，除非有浓度梯度或电场。因为载流子往每一个方向运动的概率都是一样的，所以载流子往一个方向的运动最终会被它往相反方向的运动给平衡掉。 § 2.5.1 载流子的运动 --半导体中载流子的运动 § 2.5.2 载流子的运动--扩散 如果半导体中一个区域的载流子浓度要比另一个区域的高，在两个不同浓度的区域之间将会出现载流子梯度。载流子将从高浓度区域流向低浓度区域。这种载流子的流动叫做“扩散”，是由于载流子的随机运动引起的。 在器件的所有区域中，载流子往某一方向的运动的概率是相同的。在高浓度区域，数量庞大的载流子不停地往各个方向运动，包括往低浓度方向。然而，在低浓度区域只存在少量的载流子，这意味着往高浓度运动的载流子也是很少的。这种不平衡导致了从高浓度区域往低浓度区域的势运动。 * UNSW新南