光伏效應是誰發(fā)現(xiàn)的

　　所謂光生伏打效應就是當物體受光照時，物體內(nèi)的電荷分布bai狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動勢和電流的一種效應。當太陽光或其他光照射半導體的PN結(jié)時，就會在PN結(jié)的兩邊出現(xiàn)電壓，叫做光生電壓。這種現(xiàn)象就是著名的光生伏打效應。使PN結(jié)短路，就會產(chǎn)生電流。

?

　　1839年，法國物理學家A.E.貝克勒爾意外地發(fā)現(xiàn)，用兩片金屬浸入溶液構(gòu)成的伏打電池，受到陽光照射時會產(chǎn)生額外的伏打電勢，他把這種現(xiàn)象稱為光生伏打效應。1883年，有人在半導體硒和金屬接觸處發(fā)現(xiàn)了固體光伏效應。后來就把能夠產(chǎn)生光生伏打效應的器件稱為光伏器件。由于半導體PN結(jié)器件在陽光下的光電轉(zhuǎn)換效率最高，所以通常把這類光伏器件稱為太陽能電池，也稱光電池或太陽電池。

　　光伏效應原理

　　“光生伏特效應”，簡稱“光伏效應”，英文名稱：Photovoltaic effect。指光照使不均勻半導體或半導體與金屬結(jié)合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。它首先是由光子（光波）轉(zhuǎn)化為電子、光能量轉(zhuǎn)化為電能量的過程；其次，是形成電壓過程。有了電壓，就像筑高了大壩，如果兩者之間連通，就會形成電流的回路。

　　太陽光照在半導體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對，在p-n結(jié)電場的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光電效應太陽能電池的工作原理。

　　P－N結(jié)的形成

　　同質(zhì)結(jié)可用一塊半導體經(jīng)摻雜形成P區(qū)和N區(qū)。由于雜質(zhì)的激活能量很小，在室溫下雜質(zhì)差不多都電離成受主離子NA－和施主離子ND+。在PN區(qū)交界面處因存在載流子的濃度差，故彼此要向?qū)Ψ綌U散。設想在結(jié)形成的一瞬間，在N區(qū)的電子為多子，在P區(qū)的電子為少子，使電子由N區(qū)流入P區(qū)，電子與空穴相遇又要發(fā)生復合，這樣在原來是N區(qū)的結(jié)面附近電子變得很少，剩下未經(jīng)中和的離子ND+形成正的空間電荷。同樣，空穴由P區(qū)擴散到N區(qū)后，由不能運動的受主離子NA－形成負的空間電荷。在P區(qū)與N區(qū)界面兩側(cè)產(chǎn)生不能移動的離子區(qū)（也稱耗盡區(qū)、空間電荷區(qū)、阻擋層），于是出現(xiàn)空間電偶層，形成內(nèi)電場（稱內(nèi)建電場）此電場對兩區(qū)多子的擴散有抵制作用，而對少子的漂移有幫助作用，直到擴散流等于漂移流時達到平衡，在界面兩側(cè)建立起穩(wěn)定的內(nèi)建電場。?

　　光電效應

　　光伏效應指光照使不均勻半導體或半導體與金屬結(jié)合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。它首先是由光子（光波）轉(zhuǎn)化為電子、光能量轉(zhuǎn)化為電能量的過程；其次，是形成電壓過程。有了電壓，就像筑高了大壩，如果兩者之間連通，就會形成電流的回路。

　　當P-N結(jié)受光照時，樣品對光子的本征吸收和非本征吸收都將產(chǎn)生光生載流子（電子-空穴對）。但能引起光伏效應的只能是本征吸收所激發(fā)的少數(shù)載流子。因P區(qū)產(chǎn)生的光生空穴，N區(qū)產(chǎn)生的光生電子屬多子，都被勢壘阻擋而不能過結(jié)。只有P區(qū)的光生電子和N區(qū)的光生空穴和結(jié)區(qū)的電子空穴對（少子）擴散到結(jié)電場附近時能在內(nèi)建電場作用下漂移過結(jié)。光生電子被拉向N區(qū)，光生空穴被拉向P區(qū)，即電子空穴對被內(nèi)建電場分離。這導致在N區(qū)邊界附近有光生電子積累，在P區(qū)邊界附近有光生空穴積累。它們產(chǎn)生一個與熱平衡P-N結(jié)的內(nèi)建電場方向相反的光生電場，其方向由P區(qū)指向N區(qū)。此電場使勢壘降低，其減小量即光生電勢差，P端正，N端負，此時費米能級分離，因而產(chǎn)生壓降，在硅片的兩邊加上電極并接入電壓表。對晶體硅太陽能電池來說，開路電壓的典型數(shù)值為0.5～0.6V。通過光照在界面層產(chǎn)生的電子－空穴對越多，電流越大。界面層吸收的光能越多，界面層即電池面積越大，在太陽能電池中形成的電流也越大。

　　實際上，并非所產(chǎn)生的全部光生載流子都對光生電流有貢獻。設N區(qū)中空穴在壽命τp的時間內(nèi)擴散距離為Lp，P區(qū)中電子在壽命τn的時間內(nèi)擴散距離為Ln。Ln+Lp=L遠大于P-N結(jié)本身的寬度。故可以認為在結(jié)附近平均擴散距離L內(nèi)所產(chǎn)生的光生載流子都對光電流有貢獻。而產(chǎn)生的位置距離結(jié)區(qū)超過L的電子空穴對，在擴散過程中將全部復合掉，對P-N結(jié)光電效應無貢獻。
責任編輯：YYX