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1.2、半導(dǎo)體

太陽能電池由半導(dǎo)體材料加工制造而成。

半導(dǎo)體是導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。在半導(dǎo)體器件中最常用的是硅和鍺兩種材料，它們都是四家元素，在原子結(jié)構(gòu)中最外層軌道上有四個價電子。物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)是由價電子決定的，導(dǎo)電性能也與價電子有關(guān)。

純凈的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。在硅或鍺的單晶體結(jié)構(gòu)中，原子在空間排列成很有規(guī)律的空間點陣（稱為晶格）。由于晶體原子之間的距離很近，價電子不僅受到所屬原子核的作用，而且還受到相鄰原子核的吸引，是的一個價電子為相鄰的原子核所共有，形成共價鍵。共價鍵具有很強(qiáng)的結(jié)合力，在熱力學(xué)零度（-273.16℃）時，價電子沒有能力脫離共價鍵的束縛，在這種情況下，晶體中沒有自由電子，半導(dǎo)體是不能導(dǎo)電的。在室溫下，少數(shù)價電子因熱激發(fā)而獲得足夠的能量，因而能脫離共價鍵的束縛成為自由電子，同時在原來的共價鍵中留下一個空位，稱為“空穴”，自由電子在電場的作用下定向移動形成的電流稱為漂移電流。這種由于自由電子的存在引起的導(dǎo)電性稱為半導(dǎo)體的電子導(dǎo)電性。

另外，共價鍵中失去電子出現(xiàn)空穴時，相鄰原子的價電子比較容易離開它所在的共價鍵填補(bǔ)到這個空穴中來，使該價電子原來所在的共價鍵中又出現(xiàn)一個空穴，這個空穴又可被相鄰的價電子填補(bǔ)，再出現(xiàn)空穴。這樣，在半導(dǎo)體中出現(xiàn)了價電子填補(bǔ)空穴的運動。在電場的作用下，填補(bǔ)空穴的價電子做定向移動也形成漂移電流。為了區(qū)別于自由電子，就把這種運動叫做空穴運動，認(rèn)為空穴是一種帶正電的載流子。

根據(jù)半導(dǎo)體的電學(xué)特性，可將它分為兩種類型，聯(lián)結(jié)模型和能帶模型，下面簡要的介紹一下這兩種模型。

1聯(lián)結(jié)模型

聯(lián)結(jié)模型是通過共價健連接各個硅原子來描述半導(dǎo)體特性，圖 1.2說明了在一個硅晶格中電子的聯(lián)結(jié)和移動過程。


在低溫下，晶體不發(fā)生變化，相當(dāng)于絕緣體。高溫時，晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)被破壞，通過兩種方法進(jìn)行導(dǎo)電：電子通過破壞的共價健發(fā)生移動；
電子移動到有空穴產(chǎn)生的鄰健。

一個可移動的空穴類似于液體中的氣泡。雖然實際上是液體在移動, 也能很容易的辨別出氣泡是朝反方向運動的。

2能帶模型

能帶模型是指半導(dǎo)體在價帶和導(dǎo)帶之間的能量變化。如圖 1.3 所示。

在價帶上的電子被共價鍵束縛著、而在導(dǎo)帶上的電子是自由的, 在外電場作用下電子從價帶越遷到導(dǎo)帶就會產(chǎn)生電流?？昭ㄔ趦r帶朝反方向?qū)щ?