《光伏發電工程技術》課件-(1.1.1)-PN的形成

項目一光伏發電系統組成及案例分析PN結的形成《光伏發電工程技術》課程學習內容

01物質根據導電性能和電阻率的分類

02

共鍵價結構

03本征半導體

04雜質半導體05PN結的形成在自然界中，物體根據導電性能和電阻率的大小被分為3類，導體、絕緣體和半導體。（1）導體電阻率在10－6～10－3Ω·cm

，如銀、鋁、銅等。

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物質根據導電性能和電阻率的分類（2）絕緣體電阻率在108～1020

Ω·cm

，如塑料、橡膠。

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物質根據導電性能和電阻率的分類3.半導體電阻率在10－3～108

Ω·cm左右的稱為半導體，如鍺、硅、砷化鎵及大多數的金屬氧化物和金屬硫化物。具有光敏特性、熱敏特性、摻雜特性等。

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物質根據導電性能和電阻率的分類另外，半導體材料具有很強的光伏效應。所謂光伏效應是指物體吸收光能后，其內部能傳導電流的載流子分布狀態和濃度發生變化，由此產生出電流和電動勢的效應。太陽能電池就是利用半導體材料的這些特征，把光能直接轉化成電能。

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物質根據導電性能和電組率的分類在半導體器件中，用得最多的材料是硅和鍺，硅和鍺都是4價元素。最外層原子軌道上具有4個電子，稱為價電子。每個原子的4個價電子不僅受自身原子核的束縛，而且與周圍相鄰的4個原子發生聯系：一方面圍繞自身的原子核運動；另一方面也時常出現在相鄰原子所屬的軌道上。這樣，相鄰的原子就被共有的價電子聯系在一起，稱為共價鍵結硅原子+4

+4

+4

2

共鍵價結構+4

+4

+4+4

+4

+4價電子構。純凈的半導體稱為本征半導體。在溫度為零開爾文（相當于?273.15℃)時，每一

個原子的外圍電子被共價鍵所束縛，不能自由移動。這樣，本征半導體中雖有大量的價電子，但沒有自由電子，此時半導體是不導電的。當溫度升高或受光照時，半導體共價鍵中的價電子并不像絕緣體中束縛得那樣緊，價電子從外界獲得一定的能量，少數價電子掙脫共價鍵的束縛成為自由電子，在共價鍵中將留下一個空位，稱為空穴。原子因失掉價電子而帶正電，或者說，空穴帶正電。如果有一個電子從共價鍵中釋放出來，就必

定留下一個空穴。所以本征半導體中電子和空穴總是成對地出現，稱為電子-空穴對。 3

本征半導體N型半導體在硅或鍺的晶體中摻入少量的五價元素,如磷,則形成N型半導

體。

4

雜質半導體磷原子正離子+4息息

+4+4+4+5息息

+4息息

+4

+4

+4自由電子+4在N型半導中,電子是多數載流子,空穴是少數載流子。N型半導體中電子數遠遠大于空穴數。多子是電子（其數量主要取決于雜質的摻雜濃度）少子是空穴（其數量主要取決于環境的溫度）少數載流子多數載流子正離子N型半導體結構示意圖

4

雜質半導體P型半導體在本征半導體（鍺或硅）中

摻入3價元素，如硼，將形成

P型半導體。

+4

+4

4

雜質半導體……

+4

……

+4

……

+4

+4…………

+4

…………息息

+4

+4硼原子+3負離子填補空位空穴P型半導體中空穴數遠遠大于電子數。多子是空穴（其數量主要取決于雜質的摻雜濃度）少子是電子（其數量主要取決于環境的溫度）空穴是多數載流子電子是少數載流子負離子P型半導體結構示意圖

4

雜質半導體用專門的制造工藝在同一塊半導體單晶上，形成

P型半導體區域和N型半導體區域，在這兩個區域的交界處就形