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1.2、半導體

太陽能電池由半導體材料加工制造而成。

半導體是導電能力介于導體和絕緣體之間的物質。在半導體器件中最常用的是硅和鍺兩種材料，它們都是四家元素，在原子結構中最外層軌道上有四個價電子。物質的化學性質是由價電子決定的，導電性能也與價電子有關。

純凈的半導體稱為本征半導體。在硅或鍺的單晶體結構中，原子在空間排列成很有規(guī)律的空間點陣（稱為晶格）。由于晶體原子之間的距離很近，價電子不僅受到所屬原子核的作用，而且還受到相鄰原子核的吸引，是的一個價電子為相鄰的原子核所共有，形成共價鍵。共價鍵具有很強的結合力，在熱力學零度（-273.16℃）時，價電子沒有能力脫離共價鍵的束縛，在這種情況下，晶體中沒有自由電子，半導體是不能導電的。在室溫下，少數價電子因熱激發(fā)而獲得足夠的能量，因而能脫離共價鍵的束縛成為自由電子，同時在原來的共價鍵中留下一個空位，稱為“空穴”，自由電子在電場的作用下定向移動形成的電流稱為漂移電流。這種由于自由電子的存在引起的導電性稱為半導體的電子導電性。

另外，共價鍵中失去電子出現空穴時，相鄰原子的價電子比較容易離開它所在的共價鍵填補到這個空穴中來，使該價電子原來所在的共價鍵中又出現一個空穴，這個空穴又可被相鄰的價電子填補，再出現空穴。這樣，在半導體中出現了價電子填補空穴的運動。在電場的作用下，填補空穴的價電子做定向移動也形成漂移電流。為了區(qū)別于自由電子，就把這種運動叫做空穴運動，認為空穴是一種帶正電的載流子。

根據半導體的電學特性，可將它分為兩種類型，聯結模型和能帶模型，下面簡要的介紹一下這兩種模型。

1聯結模型

聯結模型是通過共價健連接各個硅原子來描述半導體特性，圖 1.2說明了在一個硅晶格中電子的聯結和移動過程。


在低溫下，晶體不發(fā)生變化，相當于絕緣體。高溫時，晶體內部結構被破壞，通過兩種方法進行導電：電子通過破壞的共價健發(fā)生移動；
電子移動到有空穴產生的鄰健。

一個可移動的空穴類似于液體中的氣泡。雖然實際上是液體在移動, 也能很容易的辨別出氣泡是朝反方向運動的。

2能帶模型

能帶模型是指半導體在價帶和導帶之間的能量變化。如圖 1.3 所示。

在價帶上的電子被共價鍵束縛著、而在導帶上的電子是自由的, 在外電場作用下電子從價帶越遷到導帶就會產生電流。空穴在價帶朝反方向導電.