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文檔簡介

2.1半導體材料

 

1839年，貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了某些材料在被曝光時產(chǎn)生電流的現(xiàn)象，也就是所謂的光電伏特效應，是光伏器件或太陽能電池工作的基礎。

太陽能電池是由半導體材料制造而成的，這種材料在低溫下是絕緣體，但在有能量或熱

量輸入時就成為了導體。目前，由于硅材料的技術(shù)最為成熟，大多數(shù)太陽能電池是用硅材料制造的。人們也正在積極地研究其他可以取代硅的材料。

（1）半導體的共價鍵結(jié)構(gòu)

半導體的共價鍵結(jié)構(gòu)如圖2-1（a）所示。

所謂共價鍵就是原子間通過共享電子所形成的化學鍵。

（2）本征半導體

完全不含雜質(zhì)且無晶格缺陷的純凈半導體，稱為本征半導體（intrinsicsemiconductor）。本征半導體一般是指導電主要由材料的本征激發(fā)決定的純凈半導體。硅和鍺都是四價元素，其原子核最外層有四個價電子。它們都是由同一種原子構(gòu)成的“單晶體”，屬于本征半導體。

 

化學成分純凈的半導體，它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)，如圖2-1（b）所示。

圖2-1硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)簡化模型及晶體結(jié)構(gòu)

 

半導體材料的電學特性通?？梢圆捎脙煞N模型來解釋，分別是化學鍵模型和能帶模型，下面分別討論這兩種模型。

2.1.1化學鍵模型

化學鍵模型是用將硅原子相結(jié)合的共價鍵來描述硅半導體的運動特性。圖2-1顯示了電子在硅材料晶格里的成鍵和移動。

在低溫下，這些共價鍵是完好的，硅材料顯示出絕緣體的特性。但遇到高溫情況時，一些共價鍵就被破壞，此時有兩種過程可以使硅材料導電：

①電子從被破壞掉的共價鍵中釋放出來自由運動；

②電子也能從相鄰的共價鍵中移動到由被破壞的共價鍵所產(chǎn)生的“空穴”里，而那個相鄰的共價鍵便遭到破壞，如此使得遭破壞的共價鍵或稱空穴得以傳播，如同這些空穴具有正電荷一樣。

 

空穴運動的概念類似于液體中氣泡的運動。氣泡的運

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