半导体为什么会产生电位差?

光生伏特效应简称为光伏效应,指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象.太阳能电池是一种近年发展起来的新型的电池.太阳能电池是利用光电转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的一种器件,这种光电转换过程通常叫做“光生伏打效应”,因此太阳能电池又称为“光伏电池”,用于太阳能电池的半导体材料是一种介于导体和绝缘体之间的特殊物质,和任何物质的原子一样,半导体的原子也是由带正电的原子核和带负电的电子组成,半导体硅原子的外层有4个电子,按固定轨道围绕原子核转动.当受到外来能量的作用时,这些电子就会脱离轨道而成为自由电子,并在原来的位置上留下一个“空穴”,在纯净的硅晶体中,自由电子和空穴的数目是相等的.如果在硅晶体中掺入硼、镓等元素,由于这些元素能够俘获电子,它就成了空穴型半导体,通常用符号P表示；如果掺入能够释放电子的磷、砷等元素,它就成了电子型半导体,以符号N代表.若把这两种半导体结合,交界面便形成一个P－N结.太阳能电池的奥妙就在这个“结”上,P－N结就像一堵墙,阻碍着电子和空穴的移动.当太阳能电池受到阳光照射时,电子接受光能,向N型区移动,使N型区带负电,同时空穴向P型区移动,使P型区带正电.这样,在P－N结两端便产生了电动势,也就是通常所说的电压.这种现象就是上面所说的“光生伏打效应”.如果这时分别在P型层和N型层焊上金属导线,接通负载,则外电路便有电流通过,如此形成的一个个电池元件,把它们串联、并联起来,就能产生一定的电压和电流,输出功率.制造太阳电池的半导体材料已知的有十几种,因此太阳电池的种类也很多.目前,技术最成熟,并具有商业价值的太阳电池要算硅太阳电池.太阳能电池就是利用光伏效应将太阳能直接转换为电能的一种装置.常规太阳电池简单装置如左图所示.当N型和P型两种不同型号的半导体材料接触后,由于扩散和漂移作用,在界面处形成由P型指向N型的内建电场.当光照在太阳电池的表面后,能量大于禁带宽度的光子便激发出电子和空穴对,这些非平衡的少数载流子在内电场的作用下分离开,在电池的上下两极累积,这样电池便可以给外界负载提供电流.

对于体相的半导体材料而言，我们可以通过Mott-Schottly公式推算，进行简化戳通过作图大体上计算出其平带电位，但是对于纳米级别的半导体材料则主要是通过仪器的直接测定。

电化学方法：在三电极体系下，使用入射光激发半导体电极，并改变电极上的电势。当施加的电位比平带电位偏负的时候，光生电子不能够进入外电路，也就是说不会产生光电流。相反，当施加的电位比平带电位偏正的时候，光生电子则能偶进入外电路，进而产生光电流。所以开始产生光电流的电势即为该纳米半导体的平带电位。

光谱电化学方法：该方法同样是在三电极体系下，对半导体纳米晶施加不同的电位，测量其在固定波长下吸光度的变化。基本的原理与电化学方法大体相同。当电极电位比平带电位正时，吸光度不发生变化；偏负时则急剧上升。因为，吸光度开始急剧上升的电位即为纳米半导体的平带电位。

顾名思义：常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料，叫做半导体（semiconductor）．

物质存在的形式多种多样，固体、液体、气体、等离子体等等。我们通常把导电性和导电导热性差或不好的材料，如金刚石、人工晶体、琥珀、陶瓷等等，称为绝缘体。而把导电、导热都比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体。可以简单的把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。与导体和绝缘体相比，半导体材料的发现是最晚的，直到20世纪30年代，当材料的提纯技术改进以后，半导体的存在才真正被学术界认可。

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