光電信息材料

1、光電信息材料半導體的吸收機制（本征吸收、雜質(zhì)吸收、激子吸收）：本征吸收：電子吸收光子的能量從價帶躍遷到導帶的過程。分為直接躍遷吸收 和價帶躍遷吸收。條件：hvE準動量守恒。其中，直接躍遷：湫、-以=0；間接躍遷:5hkhk =光子動量雜質(zhì)吸收：束縛在雜質(zhì)能級上的電子吸收光子躍遷到導帶（或空穴吸收光子躍 遷到價帶）。這樣的光吸收稱為雜質(zhì)吸收。激子吸收：價帶中的電子吸收小于禁帶寬度的光子能量也能離開價帶，但因能 量不足還不能躍遷到導帶成為自由電子，仍然受到空穴的庫侖場作用。受激電子 與空穴互相束縛而結(jié)合在一起形成一個稱為激子的系統(tǒng)。這樣的光吸收即激子吸 收。光伏效應(yīng)PN結(jié)的光生伏特效應(yīng)用適當波長的

2、光照射沒有外加偏壓的非均勻半導體（PN結(jié)），由于內(nèi)建場的存 在，PN結(jié)兩邊的光生少數(shù)載流子受該場的作用，各自向相反方向運動：P區(qū)電 子穿過PN結(jié)進入N區(qū)，N區(qū)空穴穿過PN結(jié)進入P區(qū)，導致P端電勢升高，N 端電勢降低，于是在PN結(jié)兩端形成了光生電動勢，即PN結(jié)的光生伏特效應(yīng)。量孚孜率袂；博：!）外量子效率：頂DESmH!）內(nèi)量子效率光伏參數(shù)!）開路電壓*廣七=統(tǒng)2冬+ 1q s壓即開路電壓；在PN結(jié)開路情況下（R=oo），兩端的電! !）短路電流心：光照下，將PN結(jié)短路（V=0）,所得的電流即短路電流;! ! !）轉(zhuǎn)換效率：=生、100%；! ! ! !）填充因子 FF： FF = Acoc影響

3、光伏特性的因素度電部寬聯(lián)內(nèi)帶串3 .體硅電池a.能帶圖 無光照，有光照,PEf,有|建電場，即背電場，d.效率損失機制!）熱化損失，tivEa! !）反射損失；! ! !）俄歇復合損失；! ! ! !）光子能量小于帶隙，不能被吸收；!）半導體與金屬的功函數(shù)差損失4.硅薄膜電池1）硅薄膜電池種類長程無序，短程有序的無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，且充斥大量缺陷。無序化、 亞穩(wěn)性相放在非晶機制中的小結(jié)晶晶粒以及它們的界面構(gòu)成的復合相結(jié) 構(gòu)。吸收系數(shù)比單晶硅高，電導率比非晶硅高。c.pc Si薄膜：由尺寸和取向不同的Si晶粒堆積而成，晶化率大于90%onc51薄膜：由尺寸36nm的小晶粒和大量非晶界面組成。晶粒和界

4、面各占 50%。2） q Si:H的能帶結(jié)構(gòu)，光吸收譜電導率aSi.H的能帶結(jié)構(gòu):5 ,誡31 .擴展態(tài)電導帶尾態(tài)跳躍電導費米能級附近的近程跳躍電導極低溫度的變程跳躍電導aSr.R薄膜的的光吸收a/cm-1A本征吸收區(qū)W1.8eV從價帶到導帶的躍遷a1 ONeill1帶尾吸收區(qū)1.4eVv 和 vl.8eV從價帶到導帶帶尾從價帶帶尾到導帶101a103cm1C：次帶尾吸收區(qū)從價帶到帶隙態(tài)11 ：從帶隙態(tài)到導帶a 芝 iomT3）Cd薄膜直接帶隙，弓= 1.5eV,最接近最值帶隙，適合做電池。4）CuIiiGr/Se,薄膜fCuhiSe 有帶隙弓=1.02 eVCuGaSe也有帶隙氏= 1.69

5、eV故而將Ga取代In可以調(diào)節(jié)帶隙5）q Si:H硅薄膜電池的S-W效應(yīng)（光致衰退效應(yīng)）非晶硅薄膜的電導率隨光照時間延長而減小，（150C下退火）退火后乂可以恢 復，再進行光照還可以下降，這就是S-W效應(yīng)。6）硅薄膜電池的結(jié)構(gòu)P-i-N結(jié)構(gòu)AZO:摻Al的氧化InTCO （透明導電氧化物）種類:BZO .摻B的氧化In /TO:摻 In 的 Se()i：是本征層，因為1層缺陷少，所以充當本征層；充當光吸收層，PN結(jié)提供自建場，整個電場都穿過1層，都處于自建場中，只要一產(chǎn)生就會分離。5 .多結(jié)疊層太陽電池的特點r特點：解決低能光子不被菠收，高能光子熱化損失，拓展了對太陽光譜的吸收范隧穿結(jié)加的是正

6、偏壓，隧道擊穿重摻雜條件：有相同的位占據(jù)態(tài)；勢壘寬度足夠窄6.量子阱電池的結(jié)構(gòu)（逃逸）a .光生載流子如何形成光生電流（可能有問題）？通過改變勢阱寬度、勢壘高度及厚度達到擴展太陽光譜能量的吸收范圍的目的。量子阱：勢壘區(qū)厚難發(fā)生隧穿逃逸；超晶格：勢壘區(qū)薄發(fā)生隧穿聚合物太陽電池和材料敏化太陽電池的工作原理 a.聚合物太陽電池工作原理S 崇分物太陽能電池的I：作原理具體過程為：在光照下，給體和受體分子被激發(fā)至各自的激發(fā)態(tài)，即電子從最高占有分子軌 道（HOMO）被激發(fā)到最低未占有分子軌道（LUMO）,從而產(chǎn)生了電子一一空穴對（激子）。 然后，給體中的光生電子快速地轉(zhuǎn)移至受體，同時受體中的光生空穴快速地

7、轉(zhuǎn)移至給體。這 個轉(zhuǎn)移過程在幾個皮秒內(nèi)完成，從而有效地阻止了光激發(fā)元的發(fā)光復合，導致了高效的電荷 分離。這樣，在外場作用卜，電子和空穴分別向陽極和陰極遷移，運動形成了光電流。b.材料敏化太陽電池工作原理在光照條件下，從染料中激發(fā)的電子注入到寬帶隙的的11-T1O.導帶中；電子從n TiO.ii移到TCO電極上；_ r電子再從TCO傳輸?shù)酵怆娐返呢撦d而作功；氧化的染料分子再氧化電解質(zhì)中的離子，I離子因氧化反應(yīng)而失去電子而變?yōu)镃離子；C離子擴散到Pt電極上，與外電路的電子發(fā)生還原反應(yīng)，重新生成離子。中間帶太陽電池和多激子太陽電池的定義中間帶太陽電池通過在半導體的禁帶中引入一個能態(tài)密度小的窄能帶，使得在保持開路電壓不變 的情況下，增加亞帶