光生伏特效應(yīng)

　　英文名稱：Photovoltaiceffect。光生伏特效應(yīng)是指半導(dǎo)體在受到光照射時(shí)產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。光生伏特效應(yīng)--(可制作光電池、光敏二極管、光敏三極管和半導(dǎo)體位置敏感器件傳感器）；側(cè)向光生伏特效應(yīng)（殿巴效應(yīng)）--(可制作半導(dǎo)體位置敏感器件（反轉(zhuǎn)光敏二極管）傳感器）；PN結(jié)光生伏特效應(yīng)--(可制作光電池、光敏二極管和光敏三極管傳感器）。

　　光電伏特效應(yīng)概述

　　P-N結(jié)

　　太陽能電池發(fā)電的原理是基于半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)將太陽輻射直接轉(zhuǎn)換為電能。在晶體中電子的數(shù)目總是與核電荷數(shù)相一致，所以P型硅和N型硅對外部來說是電中性的。如將P型硅或N型硅放在陽光下照射，僅是被加熱，外部看不出變化。盡管通過光的能量電子從化學(xué)鍵中被釋放，由此產(chǎn)生電子－空穴對，但在很短的時(shí)間內(nèi)（在μS范圍內(nèi)）電子又被捕獲，即電子和空穴“復(fù)合”。

　　當(dāng)P型和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí)，在兩種半導(dǎo)體的交界面區(qū)域里會形成一個(gè)特殊的薄層，界面的P型一側(cè)帶負(fù)電，N型一側(cè)帶正電。這是由于P型半導(dǎo)體多空穴，N型半導(dǎo)體多自由電子，出現(xiàn)了濃度差。N區(qū)的電子會擴(kuò)散到P區(qū)，P區(qū)的空穴會擴(kuò)散到N區(qū)，一旦擴(kuò)散就形成了一個(gè)由N指向P的“內(nèi)電場”，從而阻止擴(kuò)散進(jìn)行。達(dá)到平衡后，就形成了這樣一個(gè)特殊的薄層形成電勢差，這就是P－N結(jié)。

　　至今為止，大多數(shù)太陽能電池

　　太陽能電池

　　廠家都是通過擴(kuò)散工藝，在P型硅片上形成N型區(qū)，在兩個(gè)區(qū)交界就形成了一個(gè)P－N結(jié)（即N+/P）。太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)就是一個(gè)大面積平面P－N結(jié)。

　　光生伏特效應(yīng)

　　如果光線照射在太陽能電池上并且光在界面層被吸收，具有足夠能量的光子能夠在P型硅和N型硅中將電子從共價(jià)鍵中激發(fā)，以致產(chǎn)生電子－空穴對。界面層附近的電子和空穴在復(fù)合之前，將通過空間電荷的電場作用被相互分離。電子向帶正電的N區(qū)和空穴向帶負(fù)電的P區(qū)運(yùn)動。通過界面層的電荷分離，將在P區(qū)和N區(qū)之間產(chǎn)生一個(gè)向外的可測試的電壓。此時(shí)可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。

　　光電伏特效應(yīng)與光電池

　　光電池

　　光電池是一種直接將光能轉(zhuǎn)換為電能的光電器件。光電池在有光線作用時(shí)實(shí)質(zhì)就是電源，電路中有了這種器件就不需要外加電源。

　　光電池（又稱為光敏二極管），如硒光電池，硅光電池等都是利用光生伏特效應(yīng)制成的半導(dǎo)體器件。光電池的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、不需要外加電源就可以工作。它主要應(yīng)用于光譜儀器的光接收器，光電轉(zhuǎn)換、紅外探測、光電開關(guān)等方面。

　　光電池的工作原理

　　光電池的工作原理是基于“光生伏特效應(yīng)”。它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)大面積的PN結(jié)，當(dāng)光照射到PN結(jié)的一個(gè)面，例如P型面

　　光伏發(fā)電

　　時(shí)，若光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，那么P型區(qū)每吸收一個(gè)光子就產(chǎn)生一對自由電子和空穴，電子-空穴對從表面向內(nèi)迅速擴(kuò)散，在結(jié)電場的作用下，最后建立一個(gè)與光照強(qiáng)度有關(guān)的電動勢。

　　光電池基本特性

　　有以下幾種：

　　(1)光譜特性光電池對不同波長的光的靈敏度是不同的。光譜響應(yīng)峰值所對應(yīng)的入射光波長是不同的，硅光電池波長在0.8μm附近，硒光電池在0.5μm附近。硅光電池的光譜響應(yīng)波長范圍為0.4~1.2μm，而硒光電池只能為0.38~0.75μm?？梢?，硅光電池可以在很寬的波長范圍內(nèi)得到應(yīng)用。

　　(2)光照特性：光電池在不同光照度下，其光電流和光生電動勢是不同的，它們之間的關(guān)系就是光照特性。短路電流在很大范圍內(nèi)與光照強(qiáng)度呈線性關(guān)系，開路電壓（即負(fù)載電阻RL無限大時(shí)）與光照度的關(guān)系是非線性的，并且當(dāng)照度在2000lx時(shí)就趨于飽和了。因此用光電池作為測量元件時(shí)，應(yīng)把它當(dāng)作電流源的形式來使用，不宜用作電壓源。

　　(3)溫度特性光電池的溫度特性是描述光電池的開路電壓和短路電流隨溫度變化的情況。由于它關(guān)系到應(yīng)用光電池的儀器或設(shè)備的溫度漂移，影響到測量精度或控制精度等重要指標(biāo)，因此溫度特性是光電池的重要特性之一。開路電壓隨溫度升高而下降的速度較快，而短路電流隨溫度升高而緩慢增加。由于溫度對光電池的工作有很大影響，因此把它作為測量元件使用時(shí)，最好能保證溫度恒定或采取溫度補(bǔ)償措施。

　　“光生伏特效應(yīng)”

　　利用太陽能的最佳方式是光伏轉(zhuǎn)換，就是利用光伏效應(yīng)，使太

　　光生伏特效應(yīng)用

　　陽光射到硅材料上產(chǎn)生電流直接發(fā)電。

　　“光生伏特效應(yīng)”（Photovoltaiceffect），簡稱“光伏效應(yīng)”。光伏效應(yīng)指光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)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。

　　光伏材料能將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能的材料。光伏材料又稱太陽能電池材料，只有半導(dǎo)體材料具有這種功能?？勺?span id="pt7zhhv" class='hrefStyle'>太陽電池材料的材料有單晶硅、多晶硅、非晶硅、GaAs、GaAlAs、InP、CdS、CdTe等。用于空間的有單晶硅、GaAs、InP。用于地面已批量生產(chǎn)的有單晶硅、多晶硅、非晶硅。其他尚處于開發(fā)階段。目前致力于降低材料成本和提高轉(zhuǎn)換效率，使太陽能電池的電力價(jià)格與火力發(fā)電的電力價(jià)格競爭，從而為更廣泛更大規(guī)模應(yīng)用創(chuàng)造條件。

　　以硅材料的應(yīng)用開發(fā)形成的產(chǎn)業(yè)鏈條稱之為光伏產(chǎn)業(yè)，包括高純多晶硅原材料生產(chǎn)、太陽能電池生產(chǎn)、太陽能電池組件生產(chǎn)、相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備的制造等。

　　太陽能電池組件

　　我國76%的國土光照充沛，光能資源分布較為均勻；與水電、風(fēng)電、核電等相比，太陽能發(fā)電沒有任何排放和噪聲，應(yīng)用技術(shù)成熟，安全可靠；除大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電和離網(wǎng)應(yīng)用外，太陽能還可以通過抽水、超導(dǎo)、蓄電池、制氫等多種方式儲存，太陽能+蓄能，幾乎可以滿足中國未來穩(wěn)定的能源需求。

　　太陽能是未來最清潔、安全和可靠的能源，發(fā)達(dá)國家正在把太陽能的開發(fā)利用作為能源革命主要內(nèi)容長期規(guī)劃，光伏產(chǎn)業(yè)正日益成為國際上繼IT、微電子產(chǎn)業(yè)之后又一爆炸式發(fā)展的行業(yè)。

　　光伏產(chǎn)業(yè)鏈包括硅料、硅片、電池片、電池組件、應(yīng)用系統(tǒng)5個(gè)環(huán)節(jié)。上游為硅料、硅片環(huán)節(jié)；中游為電池片、電池組件環(huán)節(jié)；下游為應(yīng)用系統(tǒng)環(huán)節(jié)。從全球范圍來看，產(chǎn)業(yè)鏈5個(gè)環(huán)節(jié)所涉及企業(yè)數(shù)量依次大幅增加，光伏市場產(chǎn)業(yè)鏈呈金字塔形結(jié)構(gòu)。