太阳能电池原理.ppt

半导体的晶体结构 原子能级分裂为能带 2.1.2 半导体的电子状态和电子分布 能带的准自由电子物理模型 金属中的准自由电子（价电子）模型 自由电子与时间因素无关，因而波函数可以表示为： 自由电子所遵守的薛定谔方程为： 粒子： 质量为m0，速度为 波： 波数为k，频率为f 自由电子的电子状态 自由电子E与k的关系 自由电子的能量E与波失k的关系呈抛物线形状。 波失k可以描述自由电子的运动状态 不同的k值标志自由电子的不同状态 波失k的连续变化，自由电子的能量是连续能谱，从零到无限大的所有能量值都是允许的。 在自由电子的薛定谔方程上再考虑一个周期性势场 晶体中电子所遵守的薛定谔方程为： 晶体中电子的E(k)与K的关系 晶体中电子的能量E和波失k的关系曲线基本和自由电子的关系曲线一样，但在 时，能量出现不连续，形成了一系列的允带和禁带。 每一个布里渊区对应于一个允带 禁带出现在 处，即出现在布里渊区边界上 一些物质的颜色呈白色（人眼），说明它反射了所有可见光… 一些物质的颜色呈黑色（人眼），说明它吸收了所有可见光… 结形成 Since high energy light has a large absorption coefficient, it is absorbed in a short distance (for silicon solar cells within a few microns) of the surface, while red is absorbed less strongly. Even after a few hundred microns, not all red light is absorbed in silicon. The variation in the absorption depth for blue and red photons is shown below. 导带电子和价带空穴直接复合发射光子。这个过程是LED和LD中主要过程。However, for photovoltaic devices which for terrestrial applications are made out of silicon, it is unimportant since silicons band gap is an indirect band gap which does allow a direct transition for an electron in the valence band to the conduction band. The key characteristics of radiative recombination are: Generation rate of electron-hole pairs in a piece of silicon as a function of distance into the cell. The cell front surface is at 0 mm and is where most of the high energy blue light is absorbed. 准动量守恒的选择定则，跃迁的过程中，电子的波矢可以看作是不变的，在能带的图示上，初态和末态几乎在一条竖直线上，价带顶和导带底处于k空间的同一点，—— 称为竖直跃迁，—— 直接带隙半导体，如GaAs等。 —— 单纯吸收光子不能使电子由价带顶跃迁到导带底，电子在吸收光子的同时伴随着吸收或者发出一个声子 Ge，Si，间接带隙半导体 An Auger Recombination involves three carriers. An electron and a hole recombine, but rather than emitting the energy as heat or as a photon, the energy is given to a third carrier, an electron in the conduction band. This electron then thermalizes back down to the conduction band edge. Auger recombination is most important in heavily doped or heavily excited material. The minority carrier lifetime and the diffusion l