空穴導電

共價鍵中的一些價電子由於熱運動獲得一些能量，從而擺脫共價鍵的約束成為自由電子，同時在共價鍵上留下空位，我們稱這些空位為空穴。晶體中原子外層一個蘿蔔一個坑，跑掉了一個自由電子自然就會留下一個坑，這個坑就是所謂的空穴。這些空穴也不是恆定不變的，它可以被其他的價電子填補，也就是還處在價帶中的那些電子可以在各個坑之間跳槽。所以說，價帶中的電子也是可以導電的，但是和自由電子有很多不同，因為他們並不是自由流動的，只能在各坑之間轉移。因為坑少電子多，價電子導電的時候誰也不知道是哪個電子在動，所以我們通常認為是坑在動，由於坑和電子運動方向相反，所以我們說它帶正電，這就是所謂空穴導電的來由。

在關於半導體的教學中，不論高中物理或大學物理，都涉及空穴導電一般的解釋是，由於在四價的硅或鍺晶體中摻進了三價的銦或鎵原子，這些原子和硅或鍺的原子的化合鍵中就缺少了一個電子，這個缺位叫空穴，這樣的材料叫P型半導體。在外電場中，P型半導體中的電子會逆電場方向依次填補空穴，同時空穴也就沿電場方向移動。空穴就可以被認為是帶正電的粒子，以它的運動取代電子的運行來解釋P型半導體中電流的形成。

空穴和電子導電的情況都是摻入雜質原子來做到的，其中摻入3價原子會導致3價原子與4價原子形成3個共價鍵，但我們都知道，硅原子（4價）要形成4個共價鍵才能達到穩定，因此會在周圍環境奪取電子，從而形成正電荷淨餘，這就是空穴啦，而空穴處由於有淨餘的正電荷，因此會吸引周圍其他的電子過來，這樣電子在半導體中運動就容易多了，我們可以發現，空穴導電看似是淨餘正電荷吸引其他電子而將正電荷轉移，其實事實上仍是電子導電，移動的空穴只是正電荷等效，由於3價原子摻雜不如5價原子帶來的電子多，因此空穴導電比電子導電要困難一些。

N型半導體的多數載流子是電子，P型半導體的多數載流子是空穴。當大量自由電子在這些空穴定向運動時，就等效為正的質子沿電子反向流動，從而形成電流，即為空穴導電。P型半導體導電就是這個含義，N型半導體基本相反。半導體導電的電流計算與金屬導電不同，半導體導電一般為電子和空穴同為導電粒子，而且形成的電流方向相同，應該把電子形成的電流與空穴電流相加才是實際電流。

用空穴概念甚至可以解釋P型半導體的霍爾效應。如圖所示：

一塊通有電流的P型半導體置於磁場中，其中的空穴沿電流方向運動受磁場力方向向上，因而會在上緣集聚，使上緣帶正電，同時下緣就帶了負電。上緣電勢就高於下緣電勢，這解釋完全符合實驗結果，說明空穴概念是正確的。

准固態和固態DSSC中常採用空穴導電材料(HTM)，也就是P型半導體材料。理論上，所有HTM，都能從染料陽離子中得到空穴，可作為DSSC替代液體電解質的候選材料。在DSSC應用中，HTM有如下要求：D當染料分子向氧化鈦往人電子后，P型半導體材料可轉移氧化染料產生的空穴。也就是說，P型半導體材料的價帶頂要處於染料基態能級之上；要求P型半導體材料能夠沉積在多孔納米顆粒層內；採用合適的方法沉積P型半導體材料的過程中，不會對吸附在氧化鈦納米顆粒的單層染料產生溶解或者降解過程；D要求這種P型半導體材料在可見光譜範圍透光，或者即使產生吸光，它必須具有染料的有效電子注人能力。