《光伏发电工程技术》课件-(1.1.1)-PN的形成

项目一光伏发电系统组成及案例分析PN结的形成《光伏发电工程技术》课程学习内容

01物质根据导电性能和电阻率的分类

02

共键价结构

03本征半导体

04杂质半导体05PN结的形成在自然界中，物体根据导电性能和电阻率的大小被分为3类，导体、绝缘体和半导体。（1）导体电阻率在10－6～10－3Ω·cm

，如银、铝、铜等。

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物质根据导电性能和电阻率的分类（2）绝缘体电阻率在108～1020

Ω·cm

，如塑料、橡胶。

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物质根据导电性能和电阻率的分类3.半导体电阻率在10－3～108

Ω·cm左右的称为半导体，如锗、硅、砷化镓及大多数的金属氧化物和金属硫化物。具有光敏特性、热敏特性、掺杂特性等。

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物质根据导电性能和电阻率的分类另外，半导体材料具有很强的光伏效应。所谓光伏效应是指物体吸收光能后，其内部能传导电流的载流子分布状态和浓度发生变化，由此产生出电流和电动势的效应。太阳能电池就是利用半导体材料的这些特征，把光能直接转化成电能。

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物质根据导电性能和电组率的分类在半导体器件中，用得最多的材料是硅和锗，硅和锗都是4价元素。最外层原子轨道上具有4个电子，称为价电子。每个原子的4个价电子不仅受自身原子核的束缚，而且与周围相邻的4个原子发生联系：一方面围绕自身的原子核运动；另一方面也时常出现在相邻原子所属的轨道上。这样，相邻的原子就被共有的价电子联系在一起，称为共价键结硅原子+4

+4

+4

2

共键价结构+4

+4

+4+4

+4

+4价电子构。纯净的半导体称为本征半导体。在温度为零开尔文（相当于−273.15℃)时，每一

个原子的外围电子被共价键所束缚，不能自由移动。这样，本征半导体中虽有大量的价电子，但没有自由电子，此时半导体是不导电的。当温度升高或受光照时，半导体共价键中的价电子并不像绝缘体中束缚得那样紧，价电子从外界获得一定的能量，少数价电子挣脱共价键的束缚成为自由电子，在共价键中将留下一个空位，称为空穴。原子因失掉价电子而带正电，或者说，空穴带正电。如果有一个电子从共价键中释放出来，就必

定留下一个空穴。所以本征半导体中电子和空穴总是成对地出现，称为电子-空穴对。 3

本征半导体N型半导体在硅或锗的晶体中掺入少量的五价元素,如磷,则形成N型半导

体。

4

杂质半导体磷原子正离子+4息息

+4+4+4+5息息

+4息息

+4

+4

+4自由电子+4在N型半导中,电子是多数载流子,空穴是少数载流子。N型半导体中电子数远远大于空穴数。多子是电子（其数量主要取决于杂质的掺杂浓度）少子是空穴（其数量主要取决于环境的温度）少数载流子多数载流子正离子N型半导体结构示意图

4

杂质半导体P型半导体在本征半导体（锗或硅）中

掺入3价元素，如硼，将形成

P型半导体。

+4

+4

4

杂质半导体……

+4

……

+4

……

+4

+4…………

+4

…………息息

+4

+4硼原子+3负离子填补空位空穴P型半导体中空穴数远远大于电子数。多子是空穴（其数量主要取决于杂质的掺杂浓度）少子是电子（其数量主要取决于环境的温度）空穴是多数载流子电子是少数载流子负离子P型半导体结构示意图

4

杂质半导体用专门的制造工艺在同一块半导体单晶上，形成

P型半导体区域和N型半导体区域，在这两个区域的交界处就形