硅光電池的結構及工作原理

硅光電池是一種能將光能直接轉換成電能的半導體器件,其結構圖所示.它實質上是一個大面積的半導體pN結.硅光電池的基體材料為一薄片p型單晶硅,其厚度在0.44mm以下,在它的表面上利用熱擴散法生成一層N型受光層,基體和受光層的交接處形成pN結.在N型層受光層上制作有柵狀負電極,另外在受光面上還均勻覆蓋有抗反射膜,它是一層很薄的天藍色一氧化硅膜,可以使電池對有效入射光的吸收率達到90%以上,并使硅光電池的短路電流增加25%-30%.

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以硅材料為基體的硅光電池,可以使用單晶硅、多晶硅、非晶硅來制造.單晶硅光電池是目前應用最廣的一種,它有2CR和2DR兩種類型,其中2CR型硅光電池采用N型單晶硅制造,2DR型硅光電池則采用p型單晶硅制造.

硅光電池的工作原理是光生伏特效應.當光照射在硅光電池的pN結區時,會在半導體中激發出光生電子空穴對.pN結兩邊的光生電子空穴對,在內電場的作用下,屬于多數載流子的不能穿越阻擋層,而少數載流子卻能穿越阻擋層.結果,p區的光生電子進入N區,N區的光生空穴進入p區,使每個區中的光生電子一空穴對分割開來.光生電子在N區的集結使N區帶負電,光生電子在p區的集結使p區帶正電.p區和N區之間產生光生電動勢.當硅光電池接入負載后,光電流從p區經負載流至N區,負載中即得到功率輸出.