电中性区载流子浓度与电流特性分析

当入射光强b_s（E）照射到太阳电池上，太阳电池会产生光生载流子。其中电中性p区的光生电子浓度为

Δ_n=n-n₀ （6.7）

电中性n区的光生空穴浓度为

Δ_p=p-p₀ （6.8）

此时，可利用半导体输运方程组的连续性方程计算光生载流子浓度Δn和Δp。光生载流子在内建电场作用下会产生电子电流J_e（x）和空穴电流J_h（x），J_e（x）和J_h（x）分别是电子光谱电流j_e（E，x）和空穴光谱电流j_h（E，x）在太阳能光谱上的积分，即

由此可见，只要得到Δn和Δp，便可得出电子的光谱电流j_e（E，x）和空穴的光谱电流j_h（E，x）。

1.电中性p区的载流子浓度和电流^[1]

由于空间电荷区相对于电中性区而言是高阻区，所以光生电压V完全加在空间电荷区，电中性区内建电场F=0。此时，电中性区的准热平衡状态少子浓度满足连续性方程，以p区为例：

式中L_n——电子扩散长度；

g（E，x）——电子的光谱产生率，它需要在E≥E_g的光谱范围δE成立。需要特别提及的是，此处以各向同性的均匀半导体材料为例，即吸收系数

α（E）是均匀的，所以电子的光谱产生率g（E）也是均匀的，表达式为

此时只需根据耗尽近似写出满足式（6.11）的边界条件，即(www.xing528.com)

式中用到了多子p≈p₀≈N_a和准热平衡状态下两个公式。

由耗尽近似可知，电中性区F=0，所以该区的电子光谱电流主要是通过光生电子的扩散而来，其扩散电流为

现假想太阳电池断路，那么该扩散电流J_n（x）必然通过表面复合完全弛豫掉。所以，在电中性p型区的表面上，处，电子电流为

所以

因此，利用边界条件式（6.13）和式（6.16），求解方程（6.11）可得到p区光生电子浓度的表达式。

2.电中性n区的载流子浓度和电流^[1]

同样，电中性n区光生空穴的浓度遵从连续性方程，即

同样利用多子n≈n₀≈N_d和，得到边界条件，即

相似地，n区空穴光谱电流主要是通过光生电子的扩散而来，其扩散电流为

现假想太阳电池断路，那么该扩散电流J_n（x）必然通过表面复合完全弛豫掉。所以，在电中性n型区的表面上，处，电子电流为

进而得到另一边界条件，即