1.2、半导体

太阳能电池由半导体材料加工制造而成。

半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。在半导体器件中最常用的是硅和锗两种材料，它们都是四家元素，在原子结构中最外层轨道上有四个价电子。物质的化学性质是由价电子决定的，导电性能也与价电子有关。

纯净的半导体称为本征半导体。在硅或锗的单晶体结构中，原子在空间排列成很有规律的空间点阵（称为晶格）。由于晶体原子之间的距离很近，价电子不仅受到所属原子核的作用，而且还受到相邻原子核的吸引，是的一个价电子为相邻的原子核所共有，形成共价键。共价键具有很强的结合力，在热力学零度（-273.16℃）时，价电子没有能力脱离共价键的束缚，在这种情况下，晶体中没有自由电子，半导体是不能导电的。在室温下，少数价电子因热激发而获得足够的能量，因而能脱离共价键的束缚成为自由电子，同时在原来的共价键中留下一个空位，称为“空穴”，自由电子在电场的作用下定向移动形成的电流称为漂移电流。这种由于自由电子的存在引起的导电性称为半导体的电子导电性。

另外，共价键中失去电子出现空穴时，相邻原子的价电子比较容易离开它所在的共价键填补到这个空穴中来，使该价电子原来所在的共价键中又出现一个空穴，这个空穴又可被相邻的价电子填补，再出现空穴。这样，在半导体中出现了价电子填补空穴的运动。在电场的作用下，填补空穴的价电子做定向移动也形成漂移电流。为了区别于自由电子，就把这种运动叫做空穴运动，认为空穴是一种带正电的载流子。

根据半导体的电学特性，可将它分为两种类型，联结模型和能带模型，下面简要的介绍一下这两种模型。

1联结模型

联结模型是通过共价健连接各个硅原子来描述半导体特性，图 1.2说明了在一个硅晶格中电子的联结和移动过程。


在低温下，晶体不发生变化，相当于绝缘体。高温时，晶体内部结构被破坏，通过两种方法进行导电：电子通过破坏的共价健发生移动；
电子移动到有空穴产生的邻健。

一个可移动的空穴类似于液体中的气泡。虽然实际上是液体在移动, 也能很容易的辨别出气泡是朝反方向运动的。

2能带模型

能带模型是指半导体在价带和导带之间的能量变化。如图 1.3 所示。

在价带上的电子被共价键束缚着、而在导带上的电子是自由的, 在外电场作用下电子从价带越迁到导带就会产生电流。空穴在价带朝反方向导电.