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      異質結太陽能電池——PN結
      日期:2023-03-29   [復制鏈接]
      責任編輯:sy_chenglingyan 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
       

      “ 通過改變半導體中的電子和空穴,形成新型材料,這種有效的技術稱為摻雜。使用這種技術來增加半導體的導電性,減少電學損失,形成理想的 pn結,將太陽能電池中的電子和空穴載流子分開,已產生電壓和有用的功。接下來,「美能光伏」將給您介紹半導體摻雜技術以及pn結形成過程原理。”

      異質結太陽能電池分類

      異質結太陽能電池根據 摻雜 的不同可分為兩類: n型和p型。

      半導體摻雜

      摻雜 是一種用于改變半導體中電子和空穴數量的技術。當IV族半導體材料摻雜V族原子時,摻雜產生 N型材料。N型材料通過增加可用電子的數量來增加半導體的導電性當IV族半導體材料摻雜III族原子時,就會產生 P型材料。P型材料通過增加存在的孔的數量來增加導電性。


      元素周期表中的一部分

      可以通過將硅晶格與其他原子“摻雜”來改變硅晶格中電子和空穴的平衡

      硅(Si)由單個原子組成,這些原子以規則的周期性結構鍵合在一起,形成一種排列,其中每個原子被8個電子包圍。單個原子由一個原子核組成,該原子核由質子(帶正電的粒子)和中子(無電荷的粒子)的核心組成,這些核心被電子包圍。電子和質子的數量相等,使得原子總體上是電中性的。半導體中每個原子周圍的電子是共價鍵的一部分。共價鍵 由兩個原子“共享”一對電子組成。每個原子與周圍的4個原子形成4個共價鍵。因此,在每個原子及其周圍的4個原子之間,有8個電子被共享。


      硅晶格中共價鍵的示意圖

      n型半導體材料

      比硅多一個價電子的原子用于生產 n型半導體材料。這些n型材料是 元素周期表中的V族元素,因此它們的原子具有5個價電子,可以與硅原子具有的4個價電子形成 共價鍵。因為每個原子(硅和n型)只需要4個價電子就可以在硅原子周圍形成共價鍵,所以當兩個原子鍵自由參與傳導時,存在額外的價電子(因為n型材料有5個價電子)。因此,更多的電子被添加到導帶中,從而增加了存在的電子數量。


      n型半導體材料的硅晶格示意圖

      最流行的摻雜使用 n型c-Si晶圓。它們摻雜了磷,這為它們提供了一個額外的電子來給它們負電荷。

      p型半導體材料

      比硅少一個價電子的原子用于生產 p型半導體材料。這些p型材料是 元素周期表中的III族元素。因此,p型材料只有3個與硅原子相互作用的價電子。最終結果是 空穴,因為沒有足夠的電子存在來形成原子周圍的4個共價鍵。在p型材料中,夾在鍵中的電子數量較高,從而有效地增加了空穴的數量。


      p型半導體材料的硅晶格示意圖

      PN結

      n型材料與p型材料的結合導致n型材料中的多余電子向p型一側擴散,以及p型材料中的多余空穴向n型一側擴散。

      電子向p型方向運動時,正離子核暴露在n型方向,空穴向n型方向運動時,負離子核暴露在p型方向,在交界處形成一個電子場,形成 耗盡區。

      電壓是由結處形成的電子場產生的。

      pn結 由n型半導體材料和p型半導體材料連接而成。由于n型區域具有高電子濃度,p型具有高空穴濃度,因此電子從n型側擴散到p型側。類似地,孔通過擴散從p型側流向n型側。

      如果電子和空穴沒有帶電,這種擴散過程將持續到兩側電子和空穴的濃度相同,就像兩種氣體相互接觸時發生的那樣。

      然而,在pn結中,當電子和空穴移動到結的另一側時,它們在摻雜原子位點上留下暴露的電荷,這些電荷固定在晶格中并且無法移動。在n型側,暴露了正離子磁芯。在p型側,負離子芯暴露在外。

      在n型材料的正離子芯和p型材料的負離子芯之間形成電場E。這個區域被稱為“耗盡區域”,因為電場迅速掃除自由載流子,因此該區域的自由載流子耗盡。由于E,在結處形成“內置”勢Vbi 。


      耗盡區域(E)示意圖

      根據 pn結的摻雜分布的不同,利用其基本特性可以制造多種功能的晶體二極管。pn結二極管是最簡單的半導體器件之一,它具有僅在一個方向上使電流通過自身的電氣特性。二極管不僅是所有電子設備的基礎部分,如LED和激光器,還是 太陽能電池 的基礎,如光電二極管和雙極結晶體管(BJT)。
      1940年,pn結的發現不僅對太陽能產業的提供了長久的基礎支持,還讓人類進一步關注化學元素內部細微反應。

      針對異質結電池中pn結形成技術,研發了 PL/EL測試儀 和 少子壽命測試儀。其中PL/EL測試儀由 BT Imaging大量專利 支持,可測量單晶厚晶圓、原硅片、半成品電池、成品電池和小組件的光致發光成像。少子壽命測試儀采用 微波光電導衰減法(SEMI國際標準-1535)的測試原理 ,計算出少子壽命值,為半導體提供低成本、快速、無接觸、無損傷的 少數載流子壽命的測試?!该滥芄夥箼z測產品為企業生產過程中提供質量監測,提高商業成品電池片的發電效率!

      原標題:異質結太陽能電池——PN結
       
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      來源:美能光伏
       
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