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1.2、半導(dǎo)體

太陽(yáng)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(gè)價(jià)電子。物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)是由價(jià)電子決定的，導(dǎo)電性能也與價(jià)電子有關(guān)。

純凈的半導(dǎo)體稱(chēng)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(diǎn)陣（稱(chēng)為晶格）。由于晶體原子之間的距離很近，價(jià)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(gè)價(jià)電子為相鄰的原子核所共有，形成共價(jià)鍵。共價(jià)鍵具有很強(qiáng)的結(jié)合力，在熱力學(xué)零度（-273.16℃）時(shí)，價(jià)電子沒(méi)有能力脫離共價(jià)鍵的束縛，在這種情況下，晶體中沒(méi)有自由電子，半導(dǎo)體是不能導(dǎo)電的。在室溫下，少數(shù)價(jià)電子因熱激發(fā)而獲得足夠的能量，因而能脫離共價(jià)鍵的束縛成為自由電子，同時(shí)在原來(lái)的共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，稱(chēng)為“空穴”，自由電子在電場(chǎng)的作用下定向移動(dòng)形成的電流稱(chēng)為漂移電流。這種由于自由電子的存在引起的導(dǎo)電性稱(chēng)為半導(dǎo)體的電子導(dǎo)電性。

另外，共價(jià)鍵中失去電子出現(xiàn)空穴時(shí)，相鄰原子的價(jià)電子比較容易離開(kāi)它所在的共價(jià)鍵填補(bǔ)到這個(gè)空穴中來(lái)，使該價(jià)電子原來(lái)所在的共價(jià)鍵中又出現(xiàn)一個(gè)空穴，這個(gè)空穴又可被相鄰的價(jià)電子填補(bǔ)，再出現(xiàn)空穴。這樣，在半導(dǎo)體中出現(xiàn)了價(jià)電子填補(bǔ)空穴的運(yùn)動(dòng)。在電場(chǎng)的作用下，填補(bǔ)空穴的價(jià)電子做定向移動(dòng)也形成漂移電流。為了區(qū)別于自由電子，就把這種運(yùn)動(dòng)叫做空穴運(yùn)動(dòng)，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(lèi)型，聯(lián)結(jié)模型和能帶模型，下面簡(jiǎn)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(guò)共價(jià)健連接各個(gè)硅原子來(lái)描述半導(dǎo)體特性，圖 1.2說(shuō)明了在一個(gè)硅晶格中電子的聯(lián)結(jié)和移動(dòng)過(guò)程。


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

一個(gè)可移動(dòng)的空穴類(lèi)似于液體中的氣泡。雖然實(shí)際上是液體在移動(dòng), 也能很容易的辨別出氣泡是朝反方向運(yùn)動(dòng)的。

2能帶模型

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

在價(jià)帶上的電子被共價(jià)鍵束縛著、而在導(dǎo)帶上的電子是自由的, 在外電場(chǎng)作用下電子從價(jià)帶越遷到導(dǎo)帶就會(huì)產(chǎn)生電流。空穴在價(jià)帶朝反方向?qū)щ?