Физични основи на слънчевите клетки
Фотопроводимост на полупроводници
Изтегляне 2.28 Mb.
|
| Фотопроводимост на полупроводници
Фотопроводимостта се обуславя от вътрешен фотоефект. В полупроводник или диелектрик под влияние на светлината се образуват неравновесни токоносители. Общата специфична проводимост на полупроводника е сума от специфичната електрическа проводимост на тъмно и такава при фотопроводимост. На фиг 9.23 а е показана схема на образуване на електрон и дупка на фотопроводимост в собствено чист полупроводник. Фотонът с енергия hv, равна или по-голяма от ширината на забранената зона Eg (hv ≥ Eg) превежда електрон от валентната зона в зоната на проводимост, при което се образува чифт проводимата зона и дупка във валентната зона. Той участва в създаването на собствена фотопроводимост на полупроводника. Фиг. 9.23 Фотопроводимост на собствен полупроводник (а) и примеси (б) и акцепорни (в) На фиг 9.23 б и в е показано, как се създават токоносители под действие на светлина в примесни донорни (б) и акцепторни (6) полупроводници. В тези случаи фотон с енергия hv не по-малка от енергията на активация на примесна проводимост, превежда или електрон от донорното ниво в проводимата зона, или електрон от валентната зона на свободно примесно акцепторно ниво. Изискването към енергията на фотона hv ≥ Eg , където Eg e енергия на активация на съответстваща проводимост означава, че е налице определена граница на вътрешния фотоефект, която определя от условието hV = Eg. Преминавайки от честота към дължина на вълната се получава = За собствената проводимост на полупроводника при E = 2 eV се получава = 600 nm, което съответства на жълтия цвят. Видимата и ултравиолетова светлина могат да предизвикат фотопроводимост в полупроводника, но и в диелектрици, при които енергията на активация е Eg>2eV. Фиг. 9.24 Поглъщане на фотони На фиг. 9.24 е показано директно (а) и индиректно (б) поглъщане на фотони. Директното поглъщане е това, при което един електрон в горния край на валентната зона и долния край на проводящата има един и същ импулс. Този електронен преход е твърде вероятен и с голям коефициент на поглъщане, без участие на други частици електроните от валентната зона преминават в проводящата зона. В случай, че един електрон на горния край на валентната зона и на долния край на проводящата зона има различни импулси, то е налице индиректно поглъщане. Преминаването от проводящата зона става посредством поглъщане или излъчване на квазичастици - фонон (колебателен квант на решетката или топлинно действие), поемащ разликата в импулсите. В този случай, вероятността от поглъщане e по-малка, отколкото онази при директно поглъщане. Обикновено дебелината на полупроводниците за едно 90% индиректно поглъщане е около 70-100 μm, а при директното поглъщане е само 1-3 μm дебелина. GaAs (галиевият арсенид) типичен пример за директен полупроводник, а за индиректно поглъщане - силицият (Si). В примесните полупроводници, енергията на активация на проводимост е Eg~0,01÷0,1 eV и λ~10-5÷10-4 m, което съответства на инфрачервената област на спектъра. Фиг. 9.25 Процес на рекомбинация При отсъствие на светлина настъпва обратния процес на. рекомбинация. От проводимата зона електроните падат на междинно ниво в забранената и от него във валентната зона, фиг9.25. Металните примеси в кристалните решетки са онези места, където се осъществява един твърде, ефективен двустъпален процес на рекомбинация. Изтегляне 2.28 Mb. Сподели с приятели:
|