光伏电池ｐ－ｎ结知识

ｐ－ｎ结是太阳电池的核心，是太阳电池赖以工作的基础。它是怎样形成的呢？如图所示，把一块ｎ型半导体和一块ｐ型半导体紧密地接触。在交界处ｎ区中电子浓度高，要向ｐ区扩散，在ｎ区一侧就形成一个正电荷的区域同样，ｐ区中空穴浓度高，要向ｎ区扩散，ｐ区一侧就形成一个负电荷的区域。这个ｎ区和ｐ区交界面两侧的正、负电荷薄层区域称为“空间电荷区”，即通常所说的ｐ－ｎ结。在ｐ－ｎ结内，有一个从ｎ区指向ｐ区的电场，是由ｐ－ｎ结内部电荷产生的，叫做“内建电场”或“自建电场”。由于存在内建电场，在空间电荷区内将产生载流子的漂移运动，使电子由ｐ区拉回ｎ区，空穴由ｎ区拉回ｐ区，其运动方向正好和扩散运动的相反。这样，开始时扩散运动占优势，空间电荷区内两侧的正负电荷逐渐增加，空间电荷区增宽，内建电场增强。随着内建电场的增强，漂移运动也随之增强，阻止扩散运动的进行，使其逐步减弱。最后，扩散运动和漂移运动趋向平衡，扩散和漂移的载流子数目相等而运动方向相反，达到动态平衡。此时，内建电场两边的电势ｎ区的一边高，ｐ区的一边低，存在的这个电势差称作ｐ－ｎ结势垒，也叫内建电势差或接触电势差，用符号ＶＤ表示。由电子从ｎ区流向ｐ区可知，ｐ区相对于ｎ区的电势差为一负值。由于ｐ区相对于ｎ区具有电势－ＶＤ（取ｎ　区电势为零），所以ｐ　区中所有电子都具有一个附加电势能，其值为：电势能＝电荷×电势＝（－ｑ）×（－ＶＤ）＝ｑＶＤｑＶＤ通常称作势垒高度。当ｐ－ｎ结加上正向偏压（即ｐ区接电源的正极，ｎ区接负极），此时外加电压的方向与内建电场的方向相反，使空间电荷区中的电场减弱。这样就打破了扩散运动和漂移运动的相对平衡，源源不断地有电子从ｎ区扩散到ｐ区，有空穴从ｐ区扩散到ｎ区，使载流子的扩散运动超过漂移运动，由于ｎ区电子和ｐ区空穴均是多子，通过ｐ－ｎ结的电流（称为正向电流）很大。当ｐ－ｎ结加上反向偏压（即ｎ　区接电源的正极，ｐ　区接负极），此时外加电压的方向与内建电场的方向相同，增强了空间电荷区中的电场，载流子的漂移运动超过扩散运动。这时ｎ区中的空穴一旦到达空间电荷区边界，就要被电场拉向ｐ区，ｐ区的电子一旦到达空间电荷区边界，也要被电场拉向ｎ区。它们构成ｐ－ｎ结的反向电流，方向是由区流向ｐ区。由于ｎ区中的空穴和ｐ区的电子均为少子，故通过Ｐ－ｎ结的反向电流很快饱和，而且很小。说明电流容易从ｐ区流向ｎ区，不易从相反的方向通过ｐ－ｎ结，这就是ｐ－ｎ结的单向导电性。