光生伏特效應，簡稱“太陽能光伏效應”，英文名稱：光伏產業 effect，是指半導體在受到光照射時產生電動勢的現象。光伏效應最早于1839年由法國科學家貝克雷爾(Becqurel)發現。利用半導體的光伏效應，可制作太陽能板、光敏二極管、光敏三極管、半導體位置敏感器件傳感器等。其中，光電池是一種直接將光能轉換為電能的光電器件，它對不同波長光的靈敏度不同，具有獨特的光照特性和h溫度特性。
概述
光生伏特效應是指半導體在光照時產生電動勢的現象。它首先是由光子（光波）轉化為電子、光能量轉化為電能量的過程；其次，是形成電壓的過程。有了電壓，就像筑高了大壩，如果兩者之間連通，就會形成電流的回路。
1839年，法國科學家貝克雷爾(Becqurel)發現，光照能夠使得半導體材料的不同部位之間產生電壓。這種現象后來被稱為“光生伏特效應”，簡稱“太陽能光伏效應”。1954年，美國科學家恰賓和皮爾松在美國貝爾實驗室首次制成了實用的單晶硅太陽電池，誕生了將太陽光能轉換為電能的實用光伏發電技術。
光伏機理
1）P-N結
太陽能電池發電的原理是基于半導體的光伏效應將太陽輻射直接轉換為電能。在晶體中電子的數目與核電荷數相一致，所以P型硅和N型硅對外部來說是電中性的。如果將P型硅或N型硅放在陽光下照射，僅是加熱，外部看不出變化。盡管通過光的能量電子從化學鍵中被釋放，由此產生電子-空穴對，但在很短的時間內（在μs范圍內）電子又被捕獲，即電子和空穴“復合”。
當P型和N型半導體結合在一起時，在兩種半導體的交界面區域里會形成一個特殊的薄層，界面的P型一側帶負電，N型一側帶正電。這是由于P型半導體多空穴，N型半導體多自由電子，出現了濃度差。N區的電子會擴散到P區，P區的空穴會擴散到N區，一旦擴散就形成了一個由N指向P的“內電場”，從而阻止擴散進行。達到平衡后，就在一個特殊的薄層兩側形成電壓，這就是P-N結。
目前，多數太陽能電池廠家都是通過擴散工藝，在P型硅片上形成N型區，在兩個區交界就形成了一個P-N結（即）。太陽能電池的基本結構就是一個大面積平面P-N結。
2）太陽能光伏效應
如果光線照射在太陽能電池上并且光在界面層被吸收，具有足夠能量的光子能夠在P型硅和N型硅中將電子從共價鍵中激發，以致產生電子-空穴對。界面層附近的電子和空穴在復合之前，將通過空間電荷的電場作用被相互分離。電子向帶正電的N區和空穴向帶負電的P區運動。通過界面層的電荷分離，將在P區和N區之間產生一個向外的可測試的電壓。此時可在晶圓的兩邊加上電極并接入電壓表。對晶體硅太陽能電池來說，開路電壓的典型數值為。通過光照在界面層產生的電子-空穴對越多，電流越大。界面層吸收的光能越多，界面層即電池面積越大，在太陽能電池中形成的電流也越大。
效應應用
效應
1）光生伏特效應
可制作太陽能板、光敏二極管、光敏三極管和半導體位置敏感器件的傳感器。
2）側向光生伏特效應（殿巴效應）
可制作反轉光敏二極管等半導體位置敏感器件的傳感器。
3）PN結光生伏特效應
可制作光電池、光敏二極管和光敏三極管傳感器。
光電池
光電池是一種直接將光能轉換為電能的光電器件。光電池在有光線作用時實質就是電源，電路中有了這種器件就不需要外加電源。
光電池的工作原理是基于“光生伏特效應”。它實質上是一個大面積的PN結，當光照射到PN結的一個面，例如P型面時，若光子能量大于半導體材料的禁帶寬度，那么P型區每吸收一個光子就產生一對自由電子和空穴，電子-空穴對從表面向內迅速擴散，在結電場的作用下，最后建立一個與光照強度有關的電動勢。
以下為太陽能板的基本特性：
1）對不同波長光的靈敏度不同
光電池光譜響應峰值所對應的入射光波長是不同的，硅光電池波長在0.8μm附近，光電池在0.5μm附近。硅光電池的光譜響應波長范圍為，而硒光電池只能為。可見，硅光電池可以在很寬的波長范圍內得到應用。
2）光照特性
不同光照度下，光電池的光電流和光生電動勢是不同的，它們之間的關系就是光照特性。短路電流在很大范圍內與光照強度呈線性關系，開路電壓與光照度的關系是非線性的，并且當照度在2000lx時就趨于飽和了。因此用光電池作為測量元件時，應把它當作電流源的形式來使用，不宜用作電壓源。
3）溫度特性
太陽能板的溫度特性是描述光電池的開路電壓和短路電流隨溫度變化的情況。
溫度特性是光電池的重要特性之一，它關系到應用光電池的儀器或設備的溫度漂移，影響到測量精度或控制精度。隨溫度升高，開路電壓下降速度較快，而短路電流隨溫度升高而緩慢增加。由于溫度對光電池的工作有很大影響，因此把它作為測量元件使用時，最好能保證溫度恒定或采取溫度補償措施。
參考資料 >