半导体异质结构.ppt

课程主要内容：;第五章 半导体异质结构 ;5.1 异质结及其能带图;5.1 异质结及其能带图;5.1 异质结及其能带图;5.1 异质结及其能带图;5.1 异质结及其能带图;5.1 异质结及其能带图;5.1 异质结及其能带图;5.1 异质结及其能带图;5.1 异质结及其能带图;5.1 异质结及其能带图;5.1 异质结及其能带图;5.1 异质结及其能带图;5.1 异质结及其能带图;5.1 异质结及其能带图;5.1 异质结及其能带图;5.1 异质结及其能带图;5.1 异质结及其能带图;5.2 突变异质pn结的电流电压特性;5.2 突变异质pn结的电流电压特性;5.2 突变异质pn结的电流电压特性;5.2 突变异质pn结的电流电压特性;5.3 异质pn结的注入特性;5.3 异质pn结的注入特性;5.3 异质pn结的注入特性;5.3 异质pn结的注入特性;课程主要内容：;第六章 半导体太阳能电池和光电二极管 ;引言;6.1 半导体中光吸收;6.1 半导体中光吸收;6.1 半导体中光吸收;直接跃迁;直接跃迁;6.1 半导体中光吸收 — 本征吸收;6.1 半导体中光吸收 — 本征吸收;间接带隙半导体带隙的测定;6.1 半导体中光吸收 — 其他吸收过程;6.1 半导体中光吸收 — 其他吸收过程;杂质吸收：束缚在杂质能级上的电子或空穴的吸收。电子可以吸收光子跃迁到导带能级；空穴也同样可以吸收光子而跃迁到价带。 晶格振动吸收：远红外区，光子能量直接转换为晶格振动动能。;资源丰富：40分钟照射地球辐射的能量＝全球人类一年的 能量需求。 洁净能源：不会导致“温室效应”，不会造成环境污染。 使用方便：同水能、风能等新能源相比，不受地域的限制， 成本低。 ;6.2 半导体太阳能电池;太阳电池的优点：寿命长、效率高、性能可靠、成本低、无污染。 几乎所有空间设备和装置均使用太阳电池。 在地面上，太阳电池作为无人气象站、无人灯塔、微波中继站的电源盒自控系统的光电元件。 目前，太阳电池的光电转换效率已相当可观。在AM1.5条件下，单晶硅电池的效率达到近24%，非晶硅电池为13.2%，而InGaPAs/GaAs叠层电池已达到41.4%。; 太阳能电池的基本结构如右图所示：;PN结的光生伏打效应主要涉及三个主要的物理过程： （1）半导体材料吸收光能产生非平衡的电子-空穴对； （2）产生的非平衡电子和空穴从产生处以扩散或漂移 的方式向势场区（PN结的空间电荷区）运动，这种势场也可以是金属－半导体的肖特基势垒或异质结的势垒等； （3）进入势场区的非平衡电子和空穴在势场的作用下向相反方向运动而分离，在P侧积累空穴，在N侧积累电子，建立起电势差。;开路电压Ｖoc：PN结开路时，两端的电势差。 光电流：PN结两端连接负载时，通过的电流。 短路光电流IL：PN结短路时的电流，是PN结太阳能电池能提供的最大电流。 光照下，在PN结扩散区以内产生的电子-空穴对，一旦进入PN结的空间电荷区，就会被内建电场所分离，在P（N）区边界将积累非平衡空穴（电子），产生一个与平衡PN结内建电场方向相反的光生电场。;开路状态下，光生载流子积累于PN结两侧。PN结两端的电位差（即开路电压）就是光生电动势Voc。 非平衡载流子的出现意味着N（P）区电子（空穴）准费米能级升高（降低），二者直接的距离等于qVoc。 PN结势垒高度比热平衡时下降qVoc。;外部短路时，短路电流在PN结内部从N区指向P区。非平衡载流子不再积累在PN结两侧，光电压为零。能带图恢复为（a，无光照平衡PN结情形）。 一般情况下，即使无负载，也存在等效串联电阻Rs。光生载流子只??一部分积累于PN结上，使势垒降低qV。P、N区费米能级相差qV。 ;暗电流：光照使PN结势垒降低等效于外加正向偏压，同样能引起P区空穴和N区电子向对方注入，形成PN结正向注入电流，方向与光生电流方向相反。是太阳电池的不利因素，应设法减小。; 太阳电池的I－V特性;6.3 太阳电池的I－V特性;6.3 太阳电池的I－V特性;6.3 太阳电池的I－V特性;6.4 太阳电池的效率;单色光电转化效率,即入射单色光子-电子转化效率 (monochromatic incident photon-to-electron conversion efficiency，用缩写IPCE表示)，也叫外量子效率。即单位时间内外电路中产生的电子数Ne与单位时间内的入射单色光子数Np之比。;6.4 太阳电池的效率