一、物質根據導電阻率的分類

根據電阻率的大小，物體可被分為：導體、絕緣體、半導體。導體的電阻率處于10-6~10-3Q·cm之間，銀、鋁、銅等屬于導體；絕緣體的電阻率處于108~1020Q·cm之間，塑料、橡膠等屬于絕緣體；半導體的電阻率處于10-3~108Q·cm之間，鍺、硅、砷化鎵、多數的金屬氧化物和金屬硫化物屬于半導體，半導體具有光敏特性、熱敏特性、摻雜特性等。

半導體材料具有較強的光伏效應。光伏效應是指物體吸收光能后，內部可傳導電流的載流子分布狀態和濃度發生變化而產生的電流和電動勢的效應。太陽能電池利用半導體材料的該特征，將光能轉化為電能。

二、共鍵價結構

在半導體器件中，較多使用的半導體材料是硅和鍺。硅和鍺均為4價元素，最外層原子軌道中均具有4個電子，這4個電子被稱為價電子。每個原子的4個價電子不僅圍繞自身原子核運行，而且時常出現于相鄰原子的電子軌道中。此種相鄰的原子被共有的價電子連接的結構被稱為共價鍵結構。



圖片來源：中國慕課大學《光伏發電工程技術》

三、本征半導體

純凈的半導體稱為本征半導體。在溫度為零開爾文（相當于-273.15°C）時，每一個原子的外圍電子被共價鍵所束縛，不能自由移動。此種條件下，本征半導體中雖有大量的價電子，但電子不能自由移動，因此，此時半導體不導電。

當半導體溫度升高或受光照射時，半導體的價電子可從外界獲得能量，少數價電子可掙脫共價鍵的束縛成為自由電子，并在共價鍵中留下空位，此類空位被稱為空穴。

當原子失去價電子時將帶正電，也可以說空穴帶正電。如果有一個電子從共價鍵中釋放，就必定出現一個空穴。因此，本征半導體的電子和空穴總是成對出現，被稱為電子-空穴對。



圖片來源：中國慕課大學《光伏發電工程技術》

四、雜質半導體

（1）N型半導體

在本征半導體（鍺或硅）中摻入五價元素，如磷元素，則形成N型半導體。在N型半導中，電子是多數載流子，空穴是少數載流子。N型半導體的電子數遠大于空穴數，電子量主要取決于雜質的摻濃度，空穴量主要取決于環境的溫度。



圖片來源：中國慕課大學《光伏發電工程技術》

（2）P型半導體

在本征半導體（鍺或硅）中摻入三價元素，如磷元素，則形成P型半導體。在P型半導中，空穴是多數載流子，電子是少數載流子，P型半導體的空穴數遠大于電子數，空穴量主要取決于雜質的摻雜濃度，電子量主要取決于環境的溫度。



圖片來源：中國慕課大學《光伏發電工程技術》

五、PN結的形成

當N型半導體和P型半導體單獨存在時，均呈電中性。當N型半導體和P型半導體連接后，因為N型半導體和P型半導體電子和空穴的濃度相差較大，所以電子和空穴會從濃度高處擴散至濃度低處。即電子從N型半導體向P型半導體擴散，并與P型半導體的空穴復合消失；空穴從P型半導體向N型半導體擴散，并與N型半導體的電子復合消失。

最終，N型半導體和P型半導體的交界處出現空間電荷區（內電場方向由N型半導體指向P型半導體），該空間電荷區被稱為PN結。



圖片來源：中國慕課大學《光伏發電工程技術》

審核編輯：劉清