作业帮禁带宽度窄的半导体材料为什么不能做太阳能电池?请从理论上给予解释
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/11/05 16:42:42
禁带宽度窄的半导体材料为什么不能做太阳能电池?请从理论上给予解释
禁带宽度窄的半导体材料为什么不能做太阳能电池?请从理论上给予解释
禁带宽度窄的半导体材料为什么不能做太阳能电池?请从理论上给予解释
兄弟这个问题问得很大,要是从理论上解释在百度知道里面是不行的,打公式费劲着呢.我简单给你说说吧~更深一步的探讨你可以给我邮件xinhu12@163.com,这样我可以发给一个我做的文档,里面就你这个问题我详细作答.兄弟之所以有这样的疑问的原因应该是：禁带宽度小,吸收光子多,产生的电子空穴对多,电池的效率就高,貌似这样分析很正确,其实则不然.要提高太阳能电池的效率要拓宽吸收光谱,没错,要产生更多的载流子也没有错.但是只是简单的拓宽光谱而不考虑光谱匹配,只是为了更多的产生载流子而不考虑载流子输运,这就有所偏废了,或者说你思维产生了片面性,进入了极端.打个比方你现在就是食堂老板,想多挣钱,你只有两个办法：1）减少原材料成本 2）吸引更多的人来买饭.你现在的想法是我把原材料的成本降低最低,这样我挣钱不就多了吗?但是一旦你的原材料成本降低过度,你的饭菜是不可能卖出去的.做电池也是一样,你不能只考虑优化某一点,偏废另一点,而是要在原材料成本和买饭人数之间去一个平衡,使效率达到最大化!你用禁带宽度极小的半导体材做成电池后,首先面临的问题就是两种半导体材料的接触电池差（也就是空间电势）极小,这样即使半导体材料能够较大的吸收光子,产生较多的电子空穴对,但是由于空间电势较小,不能驱动电子和空穴对尽快的转移到电池的两端,载流子很快就会被复合掉.这样产生的载流子再多也没用,因为它没有进入外电路驱动负载,对外电路不做功.所以这样看来只有被电池两极所收集的载流子才是真正的有意义、有效的载流子.另外,你知道光生电压约等于空间电势的一半,空间电势小,那光生电压更不用说了,这样的电池有意义吗?我的需要多少块才能驱动一个负载?我的需要多大面积的电池才能驱动一个负载?我的需要多少成本才能驱动负载?
再跟兄弟说明下,兄弟的数学没有学好,即使以上分析我们都不知道,我们也可以判断出来,禁带宽度过窄的材料不适合做太阳能电池.为什么这样说呢?衡量太阳能电池的主要标志之一就是其光电转换效率（英文简写为PCE）,顾名思义PCE=电能/光能,我们考虑一个能量hv的光子（hv>Eg）,窄禁带宽度意味着Eg很小,也就是说hv-Eg>>0.实际上半导体材料吸收光子仅仅吸收了Eg的能,也就是说转换为电能的最大能量也就是Eg了,其他绝大部分能量（hv-Eg）都转换为晶格热了,这一部分能量不能转换为电能,只能以晶格震动的形式表现出来.这样你看看PCE的表达式,你是不是会发现Eg过小不是什么好事了吧!我们想获得较高的效率不单单要拓宽光谱吸收,更要注意光谱匹配,这就要求hv-Eg≈0越好,PCE才能趋近于100%.
不知道这样分析兄弟能否看懂,如果感觉我回到的可以请赶快给分,