材料的光电特性.ppt

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1、材料的光电特性光电效应历史光电效应由德国物理学家赫兹于1887年发现，对发展量子理论起了根本性作用。1887年，首先是赫兹（M.Hertz）在证明波动理论实验中首次发现的。当时，赫兹发现，两个锌质小球之一用紫外线照射，则在两个小球之间就非常容易跳过电花。大约1900年，马克思•布兰科（MaxPlanck）对光电效应作出最初解释，并引出了光具有的能量包裹式能量（quantised）这一理论。他给这一理论归咎成一个等式，也就是E=hf，E就是光所具有的“包裹式”能量，h是一个常数，统称布兰科常数（Planck'sconstant），而f就是光

2、源的频率。也就是说，光能的强弱是有其频率而决定的。但就是布兰科自己对于光线是包裹式的说法也不太肯定。1902年，勒纳（Lenard)也对其进行了研究，指出光电效应是金属中的电子吸收了入射光的能量而从表面逸出的现象。但无法根据当时的理论加以解释；1905年，爱因斯坦26岁时提出光子假设，成功解释了光电效应，因此获得1921年诺贝尔物理奖。他进一步推广了布兰科的理论，并导出公式，Ek=hf-W，W便是所需将电子从金属表面上自由化的能量。而Ek呢就是电子自由后具有的势能。光电效应光电效应是指在光照照射后释放电子的效应，发射出来的电子叫做光电子。

3、光电效应是光与材料的核外电子之间的相互作用。只有当入射光的频率高于材料的极限频率时，材料才会发射光电子，产生光电子。光电效应是瞬时效应，一经光线照射，立刻产生光电子。爱因施坦的光电效应方程爱因斯坦认为：从一点发出的光是以频率为v，以hv为能量单位的形式一份一份的向外辐射。光电效应则是具有能量为hv的一个光子作用于金属中的一个自由电子，并把它的全部能量传递给这个电子造成的。设电子逃离金属表面耗费的能量为W0，则，E=hv-W0h为普朗克常数，它的公认值是h=6.626x10^-34j.s光电效应原理图光电材料光电材料是指用于制造各种光电设备

4、（主要包括各种主、被动光电传感器光信息处理和存储装置及光通信等）的材料，主要包括红外材料、激光材料、光纤材料、光电显示材料、非线性光学材料等。太阳能电池太阳能电池是将光能转化为电能的半导体装置。太阳能的核心—pn结是将很薄的n型层（称为发射极）配置在入射光的外侧而将主要产生光电流的p层（称为基极）配置在内侧的Pn结二极管。太阳能电池产生光生电动势的一个基本条件是；产生光电流的载流子浓度增加，半导体的电导率增加。太阳光辐射主要是以可见光为中心，分布于0.3微米至几微米光谱范围，对应光子能量0.4eV~4eV之间，总体来说，理想太阳能电池材料

5、需要具备：能带在1.1eV~1.7eV之间(对应光波长范围0.73~1.13μm)直接能带半导体组成材料无毒性可利用薄膜沉积技术且可大面积制备有良好的光电转换效率具有长期稳定性硅太阳能电池太阳能电池可分为：1、硅太阳能电池；2、以无机盐如砷化镓III-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；3、功能高分子材料制备的太阳能电池；4、纳米晶太阳能电池等。硅太阳能电池当P型和N型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层，界面的P型一侧带负电，N型一侧带正电。这是由于P型半导体多空穴，N型半导体多自由电子，出现

6、了浓度差。N区的电子汇扩散到P区，P区的空穴会扩散到N区，一旦扩散就形成了一个有N指向P的“内电场”，从而阻止扩散进行。达到平衡后，就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差，从而形成PN结。当晶片受光后，PN结中，N型半导体的空穴往P型区移动，而P型区中的电子往N型区移动，从而形成从N型区到P型区的电流。然后在PN结中形成电势差，这就形成了电源。下面就是这样的电源图。GaAs太阳能电池GaAs是典型的III-V族化合物半导体材料，具有直接能带隙，带隙宽度为1.42eV（300K），可以良好的吸收太阳光，因此，是很理想的太阳能电池材料。单结也只

7、能吸收和转换特定波长范围内的太阳光，其理论效率也只有27%，为提高能量转换效率，可以将太阳光光谱分成连续的若干部分，用能带宽度与这些部分有最好匹配的材料做成电池，并按带隙的不同从大到小的顺序从上到下叠合起来，选择性吸收和转换太阳光光谱的不同子区域，这就有可能最大限度地将光能变成电能，这样的电池结构就是叠层电池。光电显示材料发光显示材料：利用光发射直接进行显示。受光显示材料：利用电场作用下材料光学性能的变化实现显示，通过反射、散射、干涉等现象，对其它光源所发出的入射光进行控制，即通过光交换进行显示。显示器件的主要特征亮度发光效率对比度分辨率

8、灰度响应时间，余晖时间寿命和稳定性色彩视角工作电压和功耗1亮度：指显示器件的发光强度。它是指垂直于光束传播方向单位面积上的发光强度，单位为cd/m2。发光式显示器件和受光式液晶显示器件均采用亮