（四）p-n结
在一块半导体晶体上，使一部分呈p型（空穴导电），一 部分呈n型（电子导电），则该p型和n型半导体界面附近的区域 就叫做p-n结。
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P型和n型半导体接触后，由于浓度差，载流子会发生扩散运动 N型区的多子（电子）要向p型区扩散，p型区多子（空穴）向n 型区扩散 扩散的结果：n型区形成正电荷区域；p型区形成负电荷区域 在p型区和n型区交界区域，形成一层很薄的空间电荷区，即p-n 结 P-n结内部会产生一个内建电场，在空间电荷内将产生载流子的 漂移运动 漂移运动载流子运动方向与扩散运动载流子运动方向相反 当漂移运动和扩散运动载流子数目相同时，达到动态平衡 此时内建电场电势差称为p-n结势垒
其中，电池输出功率最大点称为最大功率点；该点所对应的 电压，称为最大功率点电压Um；该点对应的电流称为最大功 率点电流Im。
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（三）太阳能电池的填充因子
太阳能电池最大功率与开路电压和短路电流的乘积，用FF表示
FFUmIm Pm UocIsc UocIsc
FF是评价太阳能电池输出特性好坏的一个重要参数，值越高，表示太阳能电 池输出特性约趋近于矩形，电池的光电转换效率越高，FF>0.7，说明电池质 量优良
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二、半导体硅的晶体结构
硅是地球上最丰富的元素之一，占地壳质量的25%，仅次于氧 元素 地球上不存在单质硅，基本上以硅酸盐和二氧化硅的形式存在 硅的熔点为1415℃，沸点为2355 ℃ 按晶体结构分，可分为单晶硅、多晶硅和非晶硅
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三、本征半导体和杂质半导体 （一）本征半导体
qU
ID I0 (e AK 1 ) T I0 (e 3.9 U 8 1 )2 (C 5 ,A 1 )
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（3）太阳能电池的电压电流曲线
qU
ILIscI0(eAK T1)
qU
(1)当U0时， ILIscI0(eAK T1)Isc (2)当， IL0时， UUocAqKlTnII(s0c1)
四、太阳能电池的基本特性
（一）太阳能电池的极性
✓P+、n +表示太阳能正面光照层半导体材料的导电类型 ✓太阳能电池输出电压的极性，p型一侧为正极，n型一侧为负极
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（二）太阳能电池的电流-电压特性
（1）太阳能电池的等效电路
Isc—短路电流：将太阳能电池置于标准光源照射下，输出短路时，流过 太阳能电池两端的电流 Uoc—开路电压：将太阳能电池置于特定光源照射下，两端断开时的输 出电压值 ID—通过二极管的总扩散电流，方向与Is相反 Rs—太阳能电池内阻，通常很小 Rsh—旁漏电阻，通常很大
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第二节 太阳能电池的工作原理与特性
一、太阳能电池的分类
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二、太阳能电池的结构——以硅太阳能电池为例
上图为一p型硅材料制成的n+/p型常规太阳能电池示意图 P层为基体，厚度为0.2mm-0.5mm P层上面是n层（定层，发射区层），它是在同一块材料的表面层用高温
掺杂扩散方法制得，由于是种掺杂，记为n+,厚度为0.2-0.5μm P层和n层之间是p-n结 发射层上面有由金属制成的上电极，基体下面有下电极 在电池的光照面，有一层减反射膜
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（二）太阳能电池的基本工作原理
太阳光照射p-n结，在半导体内产生电子-空穴对 在势垒电场的作用下，电子驱向n区，空穴驱向p区 在p-n结附近产生与势垒电场相反的光生电场 光生电场一部分抵消势垒电动势，剩下的部分使p区带正电，
n区带负电 在n区与p区之间的薄层产生了光生伏打电动势 当外电路通过电太极阳能接光伏通发电时技术，便有电能输出
太阳能穴发生的净位移，叫做载流子的输运，有漂 移运动和扩散运动两种输运方式。
在电场的作用下，任何载流子都做漂移运动，一般 情况下，少子数目远少于多子数目，因此漂移电流主要 是多子贡献；扩散运动中，只有注入的少子存在很大的 浓度梯度，因此扩散电流主要是少子贡献
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第三章 太阳能电池
半导体物理知识 太阳能电池工作原理与特性 太阳能电池生产制造工艺 太阳能电池的发展趋势
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第一节 半导体物理知识
一、半导体及其主要特性
导体 电阻率（Ωcm） 10-8-10-6
绝缘体 108-1020
半导体 10-5-107
➢电阻率的变化受杂质含量影响极大 ➢电阻率受光热等外界条件的影响很大
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三、太阳能电池的基本工作原理
（一）光生伏打效应
当物体受到光照时，其体内的电荷分布状态发生变化 而产生电动势和电流的一种效应。
在气体、液体和固体中均可产生这种效应，但在固体 特别是半导体中，光能转换成电能的效率特别高。半导 体将太阳能转换成电能过程主要包括以下四点：
太阳光照射到半导体表面 半导体吸收一定能量的光子，激发出光生载流子 载流子在p-n结作用下，产生光生电动势 通过外接负载，形成光生电流，获得功率输出
晶格完整且不含杂质的半导体称为本征半导体， 由于温度的影响，会使价键断裂，形成电子-空穴对。自 由电子和空穴的运动时不规则的，并产生电流。这样的 空穴和电子称为载流子。
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（二）杂质半导体
人为地将某种杂质加到半导体材料中去的过程，叫掺 杂，掺杂5价的磷元素和掺杂3价的硼元素可分别得到n型 半导体和p型半导体。
短路Isc正比于太阳辐射流量，太阳能电池的输出 功率等于流经该电池的电流与电压的乘积
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（4）最大功率输出
当太阳能电池的电压上升时， 例如通过增加负载电阻值使 电压从0（短路）开始增加时， 电池的输出功率从0开始逐渐 增加；当电压达到一定值时， 功率可达到最大；如果继续增 加阻值，功率将逐渐减小，直 到0（开路）
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（2）太阳能电池的电压电流数学关系
IL IscID
qU
ID I0(eAKT1)
qU
ILIscI0(eAK T1)
I0太阳能电池在的 无饱 光和 照电 时 A流， q电子电 1.6荷 02， 1019C K波尔茨曼1.3常81数 102， 3J/K T热力学温 K度， A常数因子（完取 全 1，扩 耗散 尽时 区空穴部 和分 电重 子新 大结合 2）时