第八章太陽電池和光電二極管8.2P-N結(jié)的光生伏特效應(yīng)8.2P-N結(jié)的光生伏特效應(yīng)P-N結(jié)光生伏特效應(yīng)就是半導(dǎo)體吸收光能后在P-N結(jié)上產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)。光生伏特效應(yīng)涉及到以下三個(gè)主要的物理過程：第一、半導(dǎo)體材料吸收光能產(chǎn)生出非平衡的電子—空穴對(duì)；第二、非平衡電子和空穴從產(chǎn)生處向非均勻勢(shì)場(chǎng)區(qū)運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)可以是擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，也可以是漂移運(yùn)動(dòng)；第三、非平衡電子和空穴在非均勻勢(shì)場(chǎng)作用下向相反方向運(yùn)動(dòng)而分離。這種非均勻勢(shì)場(chǎng)可以是結(jié)的空間電荷區(qū)，也可以是金屬—半導(dǎo)體的肖特基勢(shì)壘或異質(zhì)結(jié)勢(shì)壘等。

8.3太陽電池的I-V特性8.3太陽電池的I-V特性

圖8-6太陽電池理想等效電路8.3太陽電池的I-V特性

首先考慮串聯(lián)電阻=0的理想情況。在這種情況下，太陽電池的等效電路如圖8-6所示。圖中電流源為短路光電流。V-I特性可以簡(jiǎn)單地由圖8-6所示的等效電路寫出。

式中為P-N結(jié)正向電流為P-N結(jié)飽和電流P-N結(jié)的結(jié)電壓即為負(fù)載R上的電壓降。（8-6）8.6提高太陽電池效率的考慮8.6提高太陽電池效率的考慮

在實(shí)際的太陽電池中，多種因素限制著器件的性能，因而在太陽電池的設(shè)計(jì)中必須考慮這些限制因素。

圖8-11在AM0和AM1條件下下的太陽光譜及其在GaAs和Si中的能量截止點(diǎn)

8.6提高太陽電池效率的考慮

只有大于的那部分能量可以被吸收。可見，越小越大從而越大。可被吸收的最大光子數(shù)在硅中為：,在GaAs中為：最大功率考慮太陽電池的最大輸出功率由開路電壓和短路電流所決定。由光譜考慮，發(fā)現(xiàn)隨著的增加而減小。開路電壓

乘積會(huì)出現(xiàn)一極大值。

由（8-5）（8-27）8.6提高太陽電池效率的考慮

表面反射采用抗反射層垂直入射時(shí)，反射比為，n1和n2分別為空氣和半導(dǎo)體的折射率理想的抗反射層材料折射率應(yīng)為。聚光聚光是用聚光器面積代替許多太陽能電池的面積，從而降低太陽能電池造價(jià)。它的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是增加效率。因此一個(gè)電池在1000個(gè)太陽強(qiáng)度的聚光度下工作產(chǎn)生的輸出功率相當(dāng)于1300個(gè)電池在一個(gè)太陽強(qiáng)度下工作的輸出功率。

8.6提高太陽電池效率的考慮

從太陽光譜吸收的角度解釋由不同禁帶寬度子電池構(gòu)成的疊層太陽能電池轉(zhuǎn)換效率更高的原因。8-9光電二極管8-9光電二極管

P-I-N光電二極管圖8-20P-I-N光電二極管的工作原理，（a）光電二極管的剖面圖；(b）反向偏置時(shí)的能帶圖；（c）光吸收特性8-9光電二極管在長距離的光纖通信系統(tǒng)中多采用的雙異質(zhì)結(jié)P-I-N光電二極管中，P-InP的禁帶寬度為1.35eV，對(duì)波長大于的光不吸收。的禁帶寬度為0.75eV（對(duì)應(yīng)截止時(shí)波長），在波段