一、物質(zhì)根據(jù)導(dǎo)電阻率的分類

根據(jù)電阻率的大小，物體可被分為：導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體。導(dǎo)體的電阻率處于10-6~10-3Q·cm之間，銀、鋁、銅等屬于導(dǎo)體；絕緣體的電阻率處于108~1020Q·cm之間，塑料、橡膠等屬于絕緣體；半導(dǎo)體的電阻率處于10-3~108Q·cm之間，鍺、硅、砷化鎵、多數(shù)的金屬氧化物和金屬硫化物屬于半導(dǎo)體，半導(dǎo)體具有光敏特性、熱敏特性、摻雜特性等。

半導(dǎo)體材料具有較強的光伏效應(yīng)。光伏效應(yīng)是指物體吸收光能后，內(nèi)部可傳導(dǎo)電流的載流子分布狀態(tài)和濃度發(fā)生變化而產(chǎn)生的電流和電動勢的效應(yīng)。太陽能電池利用半導(dǎo)體材料的該特征，將光能轉(zhuǎn)化為電能。

二、共鍵價結(jié)構(gòu)

在半導(dǎo)體器件中，較多使用的半導(dǎo)體材料是硅和鍺。硅和鍺均為4價元素，最外層原子軌道中均具有4個電子，這4個電子被稱為價電子。每個原子的4個價電子不僅圍繞自身原子核運行，而且時常出現(xiàn)于相鄰原子的電子軌道中。此種相鄰的原子被共有的價電子連接的結(jié)構(gòu)被稱為共價鍵結(jié)構(gòu)。



圖片來源：中國慕課大學(xué)《光伏發(fā)電工程技術(shù)》

三、本征半導(dǎo)體

純凈的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。在溫度為零開爾文（相當(dāng)于-273.15°C）時，每一個原子的外圍電子被共價鍵所束縛，不能自由移動。此種條件下，本征半導(dǎo)體中雖有大量的價電子，但電子不能自由移動，因此，此時半導(dǎo)體不導(dǎo)電。

當(dāng)半導(dǎo)體溫度升高或受光照射時，半導(dǎo)體的價電子可從外界獲得能量，少數(shù)價電子可掙脫共價鍵的束縛成為自由電子，并在共價鍵中留下空位，此類空位被稱為空穴。

當(dāng)原子失去價電子時將帶正電，也可以說空穴帶正電。如果有一個電子從共價鍵中釋放，就必定出現(xiàn)一個空穴。因此，本征半導(dǎo)體的電子和空穴總是成對出現(xiàn)，被稱為電子-空穴對。



圖片來源：中國慕課大學(xué)《光伏發(fā)電工程技術(shù)》

四、雜質(zhì)半導(dǎo)體

（1）N型半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體（鍺或硅）中摻入五價元素，如磷元素，則形成N型半導(dǎo)體。在N型半導(dǎo)中，電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。N型半導(dǎo)體的電子數(shù)遠大于空穴數(shù)，電子量主要取決于雜質(zhì)的摻濃度，空穴量主要取決于環(huán)境的溫度。



圖片來源：中國慕課大學(xué)《光伏發(fā)電工程技術(shù)》

（2）P型半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體（鍺或硅）中摻入三價元素，如磷元素，則形成P型半導(dǎo)體。在P型半導(dǎo)中，空穴是多數(shù)載流子，電子是少數(shù)載流子，P型半導(dǎo)體的空穴數(shù)遠大于電子數(shù)，空穴量主要取決于雜質(zhì)的摻雜濃度，電子量主要取決于環(huán)境的溫度。



圖片來源：中國慕課大學(xué)《光伏發(fā)電工程技術(shù)》

五、PN結(jié)的形成

當(dāng)N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體單獨存在時，均呈電中性。當(dāng)N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體連接后，因為N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體電子和空穴的濃度相差較大，所以電子和空穴會從濃度高處擴散至濃度低處。即電子從N型半導(dǎo)體向P型半導(dǎo)體擴散，并與P型半導(dǎo)體的空穴復(fù)合消失；空穴從P型半導(dǎo)體向N型半導(dǎo)體擴散，并與N型半導(dǎo)體的電子復(fù)合消失。

最終，N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的交界處出現(xiàn)空間電荷區(qū)（內(nèi)電場方向由N型半導(dǎo)體指向P型半導(dǎo)體），該空間電荷區(qū)被稱為PN結(jié)。



圖片來源：中國慕課大學(xué)《光伏發(fā)電工程技術(shù)》

審核編輯：劉清