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1、1能帶理論在半導(dǎo)體光生伏特效應(yīng)中的應(yīng)用能帶理論在半導(dǎo)體光生伏特效應(yīng)中的應(yīng)用內(nèi)容能帶理論在半導(dǎo)體光生伏特效應(yīng)中的應(yīng)用能帶理論在半導(dǎo)體光生伏特效應(yīng)中的應(yīng)用【本講課程的內(nèi)容】【本講課程的內(nèi)容】一、基礎(chǔ)知識(shí)與概念一、基礎(chǔ)知識(shí)與概念1、費(fèi)米能級(jí)的定義及其物理意義、費(fèi)米能級(jí)的定義及其物理意義1)費(fèi)米能級(jí)的定義:根據(jù)量子力學(xué)理論,具有半奇數(shù)自旋量子數(shù)(通常為12)的費(fèi)米子,如電子電子,遵循泡利不相容原理,即一個(gè)量子態(tài)只能被一個(gè)粒子所占據(jù)一個(gè)量子態(tài)只能
2、被一個(gè)粒子所占據(jù)。因此,費(fèi)米子在能級(jí)中的分布遵循費(fèi)米費(fèi)米狄拉克分布狄拉克分布。分布函數(shù)分布函數(shù)f(E)是指是指電子電子(研究對(duì)象研究對(duì)象)占據(jù)能帶(導(dǎo)帶)中某個(gè)能級(jí)的占據(jù)能帶(導(dǎo)帶)中某個(gè)能級(jí)的幾率幾率(電子的能量(電子的能量越往上越高)越往上越高)。如果是討論空穴載流子的話(空穴的能量越往下越高)空穴載流子的話(空穴的能量越往下越高),那么就應(yīng)當(dāng)是相應(yīng)于價(jià)帶中某個(gè)能級(jí)所空出(即沒(méi)有被電子占據(jù))的幾率價(jià)帶中某個(gè)能級(jí)所空出(即沒(méi)有被電子占
3、據(jù))的幾率。2)費(fèi)米能級(jí)的物理意義:Fermi能級(jí)(EF)實(shí)際上起到了衡量能級(jí)被電子占據(jù)的幾率大小的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的作用。在E12;在EEF時(shí),f(E)12;在E=EF時(shí),f(E)=12。因此,EF的高低(位置)就反映了能帶中的某個(gè)能級(jí)是否被電子所占據(jù)的情況。Fermi能級(jí)上電子占據(jù)的幾率剛好為50%。EF是一種用來(lái)描述電子的能級(jí)填充水平的假想能級(jí)11()FBBEEkTfEke???為玻爾茲曼常數(shù).能理解3雖然嚴(yán)格來(lái)說(shuō),費(fèi)米能費(fèi)米能等于費(fèi)米子
4、系統(tǒng)在趨于絕對(duì)零度時(shí)的化學(xué)勢(shì);但是在半導(dǎo)體物理和電子學(xué)導(dǎo)體物理和電子學(xué)領(lǐng)域中,費(fèi)米能級(jí)費(fèi)米能級(jí)則經(jīng)常被當(dāng)做電子或空穴化學(xué)勢(shì)電子或空穴化學(xué)勢(shì)的代名詞。通俗地說(shuō),費(fèi)密能級(jí)就像水平面一樣費(fèi)密能級(jí)就像水平面一樣。在一個(gè)相通系統(tǒng)中,水平面必須相等。比如說(shuō),有兩個(gè)水桶,里面裝的水量不一樣,水面高度也不一樣。但如果用一根管子將兩個(gè)水桶連通,兩個(gè)水桶之間就會(huì)發(fā)生水流,最后使兩個(gè)水桶的水平面一定會(huì)相等。費(fèi)密能級(jí)也是這樣。兩個(gè)分立的材料,費(fèi)密面可以不一樣費(fèi)
5、密面可以不一樣。但如果這兩個(gè)材料連成一個(gè)系統(tǒng)連成一個(gè)系統(tǒng),就會(huì)在這兩個(gè)材料之間發(fā)生電荷的移動(dòng),最終兩個(gè)材料之間發(fā)生電荷的移動(dòng),最終使費(fèi)密能級(jí)相等使費(fèi)密能級(jí)相等。3、半導(dǎo)體光生伏特效應(yīng)、半導(dǎo)體光生伏特效應(yīng)簡(jiǎn)介(太陽(yáng)能電池)介(太陽(yáng)能電池)解釋角度(能解釋角度(能量)和量)和PPTPPT角度有所不同角度有所不同首先考慮禁帶寬度相等的p型半導(dǎo)體與n型半導(dǎo)體的結(jié)合情況,例如p型硅與n型硅的結(jié)合。如所示,受光激發(fā)光激發(fā)后,在二者的結(jié)合區(qū)域,會(huì)產(chǎn)生
6、大量的光生空穴載流子和電子載流子。當(dāng)然,這些光生正、負(fù)電荷載流子還有可能再次相互結(jié)合。但【一部分光生電子電子(載流子載流子)會(huì)移動(dòng)到移動(dòng)到能級(jí)較低的n型導(dǎo)帶型導(dǎo)帶,光生空穴空穴(載流子載流子)會(huì)移動(dòng)到能級(jí)較低的p型價(jià)帶】型價(jià)帶】。其結(jié)果是在n型中負(fù)電荷增加型中負(fù)電荷增加,在p型中正電荷增加型中正電荷增加,形成電流形成電流。但是,這種電荷的增加不會(huì)無(wú)限進(jìn)行下去,正負(fù)電荷相互分離后,會(huì)產(chǎn)生反電位,而阻止正負(fù)電荷進(jìn)一步積累。這種反電位與正負(fù)電
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