光生伏特效應

光生伏特效應是指半導體在受到光照射時產生電動勢的現象。

1.P-N結

太陽能電池發電的原理是基於半導體的光生伏特效應將太陽輻射直接轉換為電能。在晶體中電子的數目總是與核電荷數相一致，所以P型硅和N型硅對外部來說是電中性的。如將P型硅或N型硅放在陽光下照射，僅是被加熱，外部看不出變化。儘管通過光的能量電子從化學鍵中被釋放，由此產生電子－空穴對，但在很短的時間內（在μS範圍內）電子又被捕獲，即電子和空穴“複合”。

當P型和N型半導體結合在一起時，在兩種半導體的交界面區域里會形成一個特殊的薄層，界面的P型一側帶負電，N型一側帶正電。這是由於P型半導體多空穴，N型半導體多自由電子，出現了濃度差。N區的電子會擴散到P區，P區的空穴會擴散到N區，一旦擴散就形成了一個由N指向P的“內電場”，從而阻止擴散進行。達到平衡后，就形成了這樣一個特殊的薄層形成電勢差，這就是P－N結。

至今為止，大多數太陽能電池廠家都是通過擴散工藝，在P型矽片上形成N型區，在兩個區交界就形成了一個P－N結（即N+／P）。太陽能電池的基本結構就是一個大面積平面P－N結。2.光生伏特效應

如果光線照射在太陽能電池上並且光在界面層被吸收，具有足夠能量的光子能夠在P型硅和N型硅中將電子從共價鍵中激發，以致產生電子－空穴對。界面層附近的電子和空穴在複合之前，將通過空間電荷的電場作用被相互分離。電子向帶正電的N區和空穴向帶負電的P區運動。通過界面層的電荷分離，將在P區和N區之間產生一個向外的可測試的電壓。此時可在矽片的兩邊加上電極並接入電壓表。對晶體硅太陽能電池來說，開路電壓的典型數值為0.5～0.6V。通過光照在界面層產生的電子－空穴對越多，電流越大。界面層吸收的光能越多，界面層即電池面積越大，在太陽能電池中形成的電流也越大。

光生伏特效應--(可製作光電池、光敏二極體、光敏三極體和半導體位置敏感器件感測器）

側向光生伏特效應（殿巴效應）--(可製作半導體位置敏感器件（反轉光敏二極體）感測器）

PN結光生伏特效應--(可製作光電池、光敏二極體和光敏三極體感測器）

光電池是一種直接將光能轉換為電能的光電器件。光電池在有光線作用時實質就是電源，電路中有了這種器件就不需要外加電源。

光電池的工作原理是基於“光生伏特效應”。它實質上是一個大面積的PN結，當光照射到PN結的一個面，例如P型面時，若光子能量大於半導體材料的禁帶寬度，那麼P型區每吸收一個光子就產生一對自由電子和空穴，電子-空穴對從表面向內迅速擴散，在結電場的作用下，最後建立一個與光照強度有關的電動勢。

光電池基本特性有以下幾種

(1)光譜特性光電池對不同波長的光的靈敏度是不同的。光譜響應峰值所對應的入射光波長是不同的，硅光電池波長在0.8μm附近，硒光電池在0.5μm附近。硅光電池的光譜響應波長範圍為0.4~1.2μm，而硒光電池只能為0.38~0.75μm。可見，硅光電池可以在很寬的波長範圍內得到應用。

(2)光照特性：光電池在不同光照度下，其光電流和光生電動勢是不同的，它們之間的關係就是光照特性。短路電流在很大範圍內與光照強度呈線性關係，開路電壓（即負載電阻RL無限大時）與光照度的關係是非線性的，並且當照度在2000lx時就趨於飽和了。因此用光電池作為測量元件時，應把它當作電流源的形式來使用，不宜用作電壓源。

(3)溫度特性光電池的溫度特性是描述光電池的開路電壓和短路電流隨溫度變化的情況。由於它關係到應用光電池的儀器或設備的溫度漂移，影響到測量精度或控制精度等重要指標，因此溫度特性是光電池的重要特性之一。開路電壓隨溫度升高而下降的速度較快，而短路電流隨溫度升高而緩慢增加。由於溫度對光電池的工作有很大影響，因此把它作為測量元件使用時，最好能保證溫度恆定或採取溫度補償措施。

硅光電池硒光電池