光伏效應及其品種

1839 年，法國物理學家亞歷山大·愛德蒙·貝克勒爾 (Alexandre Edmond Becquerel) 首次觀察到所謂的光伏（或光伏）效應。

在他父親的實驗室進行實驗時，他發現通過照亮浸在電解液中的鉑板，連接到鉑板上的檢流計會指示存在 電動勢……很快，19 歲的埃德蒙就為他的發現找到了一個有用的應用——他創造了一個光強計——一種記錄入射光強度的裝置。

今天，光伏效應包括一整組現象，以某種方式與閉合電路中電流的出現有關，其中包括發光的半導體或電介質樣品，或發光樣品上的 EMF 現象，如果外部電路開路。在這種情況下，可以區分兩種類型的光伏效應。

第一類光伏效應包括：高電光電動勢、體積光電動勢、閥光電動勢，以及光電效應和登伯效應。

第二類光伏效應包括：光子對電子的夾帶效應，以及表面、圓形和線性光伏效應。

第一類和第二類的影響

第一類光伏效應是由一個過程引起的，在這個過程中，光效應會產生兩個特徵的移動電荷載流子——電子和空穴，這導致它們在樣品空間中分離。

在這種情況下，分離的可能性與樣品的不均勻性（其表面可被視為樣品的不均勻性）或當光在表面附近被吸收或僅部分光吸收時與照明的不均勻性有關。樣品表面被照亮，因此由於落在電子上的光的影響下電子的熱運動速度增加而產生 EMF。

第二種類型的光伏效應與光激發電荷載流子的基本過程的不對稱性、它們的散射和復合的不對稱性有關。

這種類型的效應在沒有額外形成相反電荷載流子對的情況下出現，它們是由帶間躍遷引起的，或者可能與雜質激發電荷載流子有關，此外，它們可能是由光能吸收引起的。免費收費運營商。

接下來，讓我們看看光伏效應的機理。我們將首先研究第一種類型的光伏效應，然後將注意力轉向第二種類型的效應。

加厚效果

Dember 效應可以在樣品的均勻照明下發生，這僅僅是因為其相對側表面複合率的差異。在樣品光照不均勻的情況下，登伯效應是由電子和空穴的擴散係數（遷移率的差異）的差異引起的。

由脈衝照明引發的登伯效應用於產生太赫茲範圍內的輻射。登伯效應在 InSb 和 InAs 等高電子遷移率窄帶半導體中最為明顯。[banner_adsense]

勢壘光電動勢

柵極或勢壘光電動勢是由電場分離電子和空穴產生的 肖特基勢壘 在金屬-半導體接觸的情況下，以及場 p-n結 或異質結。

這裡的電流是由直接在 pn 結區域產生的載流子和在靠近電極的區域被激發並通過擴散到達強場區域的那些載流子的運動形成的。

對分離促進了p區空穴流和n區電子流的形成。如果電路開路，則 EMF 作用於 p-n 結的直接方向，因此它的作用補償了原始現象。

這種作用是發揮作用的基礎 太陽能電池 和低響應的高靈敏度輻射探測器。

體積光電動勢

體光電動勢，顧名思義，是由於摻雜劑濃度變化或化學成分變化（如果半導體是化合物）。

在這裡，對分離的原因是所謂的由費米能級位置的變化產生的反電場，而費米能級又取決於雜質濃度。或者，如果我們談論的是具有復雜化學成分的半導體，則對的分裂是由帶寬的變化引起的。

體光電的出現現象適用於探測半導體以確定它們的同質性程度。樣品電阻也與不均勻性有關。

高壓光電動勢

當不均勻的照明導致沿樣品表面定向的電場時，就會發生異常（高壓）光電動勢。產生的 EMF 的大小將與照明區域的長度成正比，並且可能達到 1000 伏或更高。

如果擴散電流具有表面定向分量，則該機制可能是由登伯效應引起的，或者是由投射到表面的 p-n-p-n-p 結構的形成引起的。產生的高壓 EMF 是每對不對稱 n-p 和 p-n 結的總 EMF。

光電效應

光電效應是樣品變形過程中出現光電流或光電動勢的現象。其機制之一是在不均勻變形過程中出現體電動勢，導致半導體參數發生變化。

光電式 EMF 出現的另一種機制是橫向登伯電動勢，它發生在單軸變形下，導致電荷載流子擴散係數的各向異性。

後一種機制在多谷半導體變形中最有效，導致載流子在谷之間重新分佈。

我們已經研究了第一種類型的所有光伏效應，然後我們將研究歸因於第二種類型的效應。

光子對電子的吸引效應

這種效應與光電子在從光子獲得的動量上分佈的不對稱性有關。在具有光學微帶躍遷的二維結構中，滑動光電流主要是由具有特定動量方向的電子躍遷引起的，並且可以顯著超過塊狀晶體中的相應電流。

線性光伏效應

這種效應是由於樣品中光電子的不對稱分佈。這裡，不對稱性由兩種機制形成，第一種是彈道機制，與量子躍遷期間脈衝的方向性有關，第二種是剪切機制，由於電子波包重心在量子躍遷過程中的偏移量子躍遷。

線性光伏效應與從光子到電子的動量轉移無關，因此，對於固定的線性偏振，當光傳播方向反轉時它不會改變。光吸收和散射以及復合過程有助於電流（這些貢獻在熱平衡時得到補償）。

應用於電介質的這種效應使得應用光存儲機製成為可能，因為它會導致折射率發生變化，這取決於光的強度，並且即使在光被關閉後也會繼續發生變化。

圓形光伏效應

當來自迴旋晶體的橢圓或圓偏振光照射時會發生這種效果。當極化發生變化時，EMF 會反轉符號。產生這種效果的原因在於自旋和電子動量之間的關係，這是迴旋晶體固有的。當電子被圓偏振​​光激發時，它們的自旋是光學定向的，因此會產生定向電流脈衝。

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相反效應的存在表現為電流作用下光學活動的出現：傳輸的電流導致迴旋晶體中的自旋定向。

最後三種效果用於慣性接收器。 激光輻射.

表面光伏效應

當光被金屬和半導體中的自由載流子反射或吸收時，由於在光的傾斜入射期間從光子到電子的動量轉移以及在垂直入射期間如果晶體表面的法線不同於從主晶軸之一的方向。

該效應存在於樣品表面上光激發電荷載流子的散射現象。在帶間吸收的情況下，它發生在大部分激發載流子到達表面而沒有散射的情況下。

因此，當電子從表面反射時，會形成垂直於表面的彈道電流。如果在激發時，電子以慣性排列自身，則可能會出現沿表面定向的電流。

這種效應發生的條件是電子沿表面運動時“朝向表面”和“離開表面”的動量平均值非零分量的符號不同。例如，在立方晶體中，電荷載流子從簡併價帶激發到導帶時滿足該條件。

在表面的漫散射中，到達它的電子會失去沿表面的動量分量，而遠離表面的電子會保留它。這導致表面上出現電流。