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半导体太阳能电池光电转换原理和多孔硅制作及三维pn结制作分析

资 源 简 介

绒面(硅表面的一种金字塔式结构)由于能有效的提高硅片对光的吸收率,目前在太阳能电池领域中已广泛使用。本文试图在绒面结构的基础上,探索通过电化学刻蚀的方法,在绒面上制作一层多孔硅,以增大硅片对光的吸收率;同时在此基础上用扩散的方法制作三维pn结,以提高太阳能电池在能量转化时的有效pn结面积,从而有效地提高太阳能电池的效率。实验中使用的电化学刻蚀法为阳极氧化法,即硅作为阳极,铂丝网为阴极,HF(掺入一定比例的水和乙醇或DMF)为电解液;硅片为p型,两面都抛光。   光电转换原理及基本概念   2.1.1半导体太阳能电池光电转换原理   太阳能电池是一种将太阳能转变为电能的器件。太阳能电池的工作原理基于半导体的光生伏特效应,所以太阳能电池又称为光伏电池。当光子入射到光敏材料时,在材料内部产生新的电子和空穴对,从而改变了材料的导电性质。在外电场作用下,电子移向正极,空穴移向负极,这样,外电路中就有电流流过。这种由于光激发而产生的电流称为光电流;这种现象就是光电导现象:能产生光电流的物质即是光电转换材料(光电导材料);这种能产生光电流的性质就是光电转换性质。光电导的基本过程包括:a.光激发;b.载流子的产生;c.载流子的迁移。当光照射到光电转换材料时,只有光子的能量大于该材料的禁带宽度Eg时,才可能把价带中的电子激发到导带中去,使价带产生空穴,见图2-1      图 2-1   2.1.2光诱导电子转移反应   光诱导电子转移反应实际上是一个单电子反应,即在光的作用下,一个电子从被激发分子的最低空轨道(LUMO)转移到另一个基态分子的LUMO,或从基态分子的最高占据轨道(HOMO)转移到被激发分子的HOMO,如图2-2所示      图2-2光诱导电子转移反应分子轨道示意图
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