光伏效應(yīng)是誰(shuí)發(fā)現(xiàn)的

　　所謂光生伏打效應(yīng)就是當(dāng)物體受光照時(shí)，物體內(nèi)的電荷分布bai狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)和電流的一種效應(yīng)。當(dāng)太陽(yáng)光或其他光照射半導(dǎo)體的PN結(jié)時(shí)，就會(huì)在PN結(jié)的兩邊出現(xiàn)電壓，叫做光生電壓。這種現(xiàn)象就是著名的光生伏打效應(yīng)。使PN結(jié)短路，就會(huì)產(chǎn)生電流。

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　　1839年，法國(guó)物理學(xué)家A.E.貝克勒爾意外地發(fā)現(xiàn)，用兩片金屬浸入溶液構(gòu)成的伏打電池，受到陽(yáng)光照射時(shí)會(huì)產(chǎn)生額外的伏打電勢(shì)，他把這種現(xiàn)象稱為光生伏打效應(yīng)。1883年，有人在半導(dǎo)體硒和金屬接觸處發(fā)現(xiàn)了固體光伏效應(yīng)。后來(lái)就把能夠產(chǎn)生光生伏打效應(yīng)的器件稱為光伏器件。由于半導(dǎo)體PN結(jié)器件在陽(yáng)光下的光電轉(zhuǎn)換效率最高，所以通常把這類光伏器件稱為太陽(yáng)能電池，也稱光電池或太陽(yáng)電池。

　　光伏效應(yīng)原理

　　“光生伏特效應(yīng)”，簡(jiǎn)稱“光伏效應(yīng)”，英文名稱：Photovoltaic effect。指光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬結(jié)合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。它首先是由光子（光波）轉(zhuǎn)化為電子、光能量轉(zhuǎn)化為電能量的過(guò)程；其次，是形成電壓過(guò)程。有了電壓，就像筑高了大壩，如果兩者之間連通，就會(huì)形成電流的回路。

　　太陽(yáng)光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對(duì)，在p-n結(jié)電場(chǎng)的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光電效應(yīng)太陽(yáng)能電池的工作原理。

　　P－N結(jié)的形成

　　同質(zhì)結(jié)可用一塊半導(dǎo)體經(jīng)摻雜形成P區(qū)和N區(qū)。由于雜質(zhì)的激活能量很小，在室溫下雜質(zhì)差不多都電離成受主離子NA－和施主離子ND+。在PN區(qū)交界面處因存在載流子的濃度差，故彼此要向?qū)Ψ綌U(kuò)散。設(shè)想在結(jié)形成的一瞬間，在N區(qū)的電子為多子，在P區(qū)的電子為少子，使電子由N區(qū)流入P區(qū)，電子與空穴相遇又要發(fā)生復(fù)合，這樣在原來(lái)是N區(qū)的結(jié)面附近電子變得很少，剩下未經(jīng)中和的離子ND+形成正的空間電荷。同樣，空穴由P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)后，由不能運(yùn)動(dòng)的受主離子NA－形成負(fù)的空間電荷。在P區(qū)與N區(qū)界面兩側(cè)產(chǎn)生不能移動(dòng)的離子區(qū)（也稱耗盡區(qū)、空間電荷區(qū)、阻擋層），于是出現(xiàn)空間電偶層，形成內(nèi)電場(chǎng)（稱內(nèi)建電場(chǎng)）此電場(chǎng)對(duì)兩區(qū)多子的擴(kuò)散有抵制作用，而對(duì)少子的漂移有幫助作用，直到擴(kuò)散流等于漂移流時(shí)達(dá)到平衡，在界面兩側(cè)建立起穩(wěn)定的內(nèi)建電場(chǎng)。?

　　光電效應(yīng)

　　光伏效應(yīng)指光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬結(jié)合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。它首先是由光子（光波）轉(zhuǎn)化為電子、光能量轉(zhuǎn)化為電能量的過(guò)程；其次，是形成電壓過(guò)程。有了電壓，就像筑高了大壩，如果兩者之間連通，就會(huì)形成電流的回路。

　　當(dāng)P-N結(jié)受光照時(shí)，樣品對(duì)光子的本征吸收和非本征吸收都將產(chǎn)生光生載流子（電子-空穴對(duì)）。但能引起光伏效應(yīng)的只能是本征吸收所激發(fā)的少數(shù)載流子。因P區(qū)產(chǎn)生的光生空穴，N區(qū)產(chǎn)生的光生電子屬多子，都被勢(shì)壘阻擋而不能過(guò)結(jié)。只有P區(qū)的光生電子和N區(qū)的光生空穴和結(jié)區(qū)的電子空穴對(duì)（少子）擴(kuò)散到結(jié)電場(chǎng)附近時(shí)能在內(nèi)建電場(chǎng)作用下漂移過(guò)結(jié)。光生電子被拉向N區(qū)，光生空穴被拉向P區(qū)，即電子空穴對(duì)被內(nèi)建電場(chǎng)分離。這導(dǎo)致在N區(qū)邊界附近有光生電子積累，在P區(qū)邊界附近有光生空穴積累。它們產(chǎn)生一個(gè)與熱平衡P-N結(jié)的內(nèi)建電場(chǎng)方向相反的光生電場(chǎng)，其方向由P區(qū)指向N區(qū)。此電場(chǎng)使勢(shì)壘降低，其減小量即光生電勢(shì)差，P端正，N端負(fù)，此時(shí)費(fèi)米能級(jí)分離，因而產(chǎn)生壓降，在硅片的兩邊加上電極并接入電壓表。對(duì)晶體硅太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)，開(kāi)路電壓的典型數(shù)值為0.5～0.6V。通過(guò)光照在界面層產(chǎn)生的電子－空穴對(duì)越多，電流越大。界面層吸收的光能越多，界面層即電池面積越大，在太陽(yáng)能電池中形成的電流也越大。

　　實(shí)際上，并非所產(chǎn)生的全部光生載流子都對(duì)光生電流有貢獻(xiàn)。設(shè)N區(qū)中空穴在壽命τp的時(shí)間內(nèi)擴(kuò)散距離為L(zhǎng)p，P區(qū)中電子在壽命τn的時(shí)間內(nèi)擴(kuò)散距離為L(zhǎng)n。Ln+Lp=L遠(yuǎn)大于P-N結(jié)本身的寬度。故可以認(rèn)為在結(jié)附近平均擴(kuò)散距離L內(nèi)所產(chǎn)生的光生載流子都對(duì)光電流有貢獻(xiàn)。而產(chǎn)生的位置距離結(jié)區(qū)超過(guò)L的電子空穴對(duì)，在擴(kuò)散過(guò)程中將全部復(fù)合掉，對(duì)P-N結(jié)光電效應(yīng)無(wú)貢獻(xiàn)。
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