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光生伏特效应
资料介绍
光生伏特效应（Photovoltaic Effect）是指半导体材料在光照条件下将光能直接转换为电能的物理现象。当光子能量大于半导体禁带宽度时，价带电子吸收光子能量跃迁至导带，形成电子-空穴对。在内建电场作用下，电子和空穴分离并向不同方向移动，从而在材料两端产生电势差，若接入外电路即可形成电流。
一、基本原理
1. 光子吸收：半导体材料吸收光子后，电子从价带激发至导带，产生电子-空穴对。公式表达为：E = hν ≥ Eg，其中h为普朗克常数，ν为光频率，Eg为禁带宽度。
2. 载流子分离：PN结的内建电场（由P区空穴和N区电子扩散形成）使电子向N区漂移，空穴向P区漂移，阻止载流子复合。
3. 电势差形成：电荷分离导致P区积累正电荷，N区积累负电荷，在结区两侧形成光生电动势（Voc），当外电路接通时产生光电流（Isc）。
二、关键特性参数
1. 开路电压（Voc）：电路开路时的最大电压，与材料禁带宽度、温度及光强相关。
2. 短路电流（Isc）：电路短路时的最大电流，与入射光强、材料吸收系数及载流子迁移率成正比。
3. 填充因子（FF）：最大输出功率与Voc×Isc的比值，反映器件对光能量的转换效率。
4. 转换效率（η）：输出电功率与入射光功率的百分比，计算公式为：η = (Vm×Im)/(Pin)×100%，其中Vm、Im为最大功率点电压和电流。
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