光電信息材料

1、光電信息材料半導(dǎo)體的吸收機(jī)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(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶的過程。分為直接躍遷吸收 和價(jià)帶躍遷吸收。條件：hvE準(zhǔn)動(dòng)量守恒。其中，直接躍遷：湫、-以=0；間接躍遷:5hkhk =光子動(dòng)量雜質(zhì)吸收：束縛在雜質(zhì)能級(jí)上的電子吸收光子躍遷到導(dǎo)帶（或空穴吸收光子躍 遷到價(jià)帶）。這樣的光吸收稱為雜質(zhì)吸收。激子吸收：價(jià)帶中的電子吸收小于禁帶寬度的光子能量也能離開價(jià)帶，但因能 量不足還不能躍遷到導(dǎo)帶成為自由電子，仍然受到空穴的庫(kù)侖場(chǎng)作用。受激電子 與空穴互相束縛而結(jié)合在一起形成一個(gè)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(dāng)波長(zhǎng)的

2、光照射沒有外加偏壓的非均勻半導(dǎo)體（PN結(jié)），由于內(nèi)建場(chǎng)的存 在，PN結(jié)兩邊的光生少數(shù)載流子受該場(chǎng)的作用，各自向相反方向運(yùn)動(dòng)：P區(qū)電 子穿過PN結(jié)進(jìn)入N區(qū)，N區(qū)空穴穿過PN結(jié)進(jìn)入P區(qū)，導(dǎo)致P端電勢(shì)升高，N 端電勢(shì)降低，于是在PN結(jié)兩端形成了光生電動(dòng)勢(shì)，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(chǎng)，即背電場(chǎng)，d.效率損失機(jī)制!）熱化損失，tivEa! !）反射損失；! ! !）俄歇復(fù)合損失；! ! ! !）光子能量小于帶隙，不能被吸收；!）半導(dǎo)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(zhǎng)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(jī)制中的小結(jié)晶晶粒以及它們的界面構(gòu)成的復(fù)合相結(jié) 構(gòu)。吸收系數(shù)比單晶硅高，電導(dǎo)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(dǎo)率aSi.H的能帶結(jié)構(gòu):5 ,誡31 .擴(kuò)展態(tài)電導(dǎo)帶尾態(tài)跳躍電導(dǎo)費(fèi)米能級(jí)附近的近程跳躍電導(dǎo)極低溫度的變程跳躍電導(dǎo)aSr.R薄膜的的光吸收a/cm-1A本征吸收區(qū)W1.8eV從價(jià)帶到導(dǎo)帶的躍遷a1 ONeill1帶尾吸收區(qū)1.4eVv 和 vl.8eV從價(jià)帶到導(dǎo)帶帶尾從價(jià)帶帶尾到導(dǎo)帶101a103cm1C：次帶尾吸收區(qū)從價(jià)帶到帶隙態(tài)11 ：從帶隙態(tài)到導(dǎo)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(dǎo)率隨光照時(shí)間延長(zhǎng)而減小，（150C下退火）退火后乂可以恢 復(fù)，再進(jìn)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(dǎo)電氧化物）種類:BZO .摻B的氧化In /TO:摻 In 的 Se()i：是本征層，因?yàn)?層缺陷少，所以充當(dāng)本征層；充當(dāng)光吸收層，PN結(jié)提供自建場(chǎng)，整個(gè)電場(chǎng)都穿過1層，都處于自建場(chǎng)中，只要一產(chǎn)生就會(huì)分離。5 .多結(jié)疊層太陽(yáng)電池的特點(diǎn)r特點(diǎn)：解決低能光子不被菠收，高能光子熱化損失，拓展了對(duì)太陽(yáng)光譜的吸收范隧穿結(jié)加的是正

6、偏壓，隧道擊穿重?fù)诫s條件：有相同的位占據(jù)態(tài)；勢(shì)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(shì)阱寬度、勢(shì)壘高度及厚度達(dá)到擴(kuò)展太陽(yáng)光譜能量的吸收范圍的目的。量子阱：勢(shì)壘區(qū)厚難發(fā)生隧穿逃逸；超晶格：勢(shì)壘區(qū)薄發(fā)生隧穿聚合物太陽(yáng)電池和材料敏化太陽(yáng)電池的工作原理 a.聚合物太陽(yáng)電池工作原理S 崇分物太陽(yáng)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(duì)（激子）。 然后，給體中的光生電子快速地轉(zhuǎn)移至受體，同時(shí)受體中的光生空穴快速地

7、轉(zhuǎn)移至給體。這 個(gè)轉(zhuǎn)移過程在幾個(gè)皮秒內(nèi)完成，從而有效地阻止了光激發(fā)元的發(fā)光復(fù)合，導(dǎo)致了高效的電荷 分離。這樣，在外場(chǎng)作用卜，電子和空穴分別向陽(yáng)極和陰極遷移，運(yùn)動(dòng)形成了光電流。b.材料敏化太陽(yáng)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(dǎo)帶中；電子從n TiO.ii移到TCO電極上；_ r電子再?gòu)腡CO傳輸?shù)酵怆娐返呢?fù)載而作功；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(kuò)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(yáng)電池和多激子太陽(yáng)電池的定義中間帶太陽(yáng)電池通過在半導(dǎo)體的禁帶中引入一個(gè)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