半导体太阳电池的工作原理是半导体的光生伏特效应，如所示。用适当波长

的光照射到半导体系统上时，系统吸收光能后两端产生电动势，这种现象称为

光生伏特效应。例如，当光照射到由 p 型和 n 型两种不同导电类型的同质半导体

材料构成的 p-n 结上时，在一定条件下，光能被半导体吸收后，在导带和价带

中产生非平衡截流子

—电子和空穴。由于 p-n 结势垒区存在着较强的内建静电场，

因而产生在势垒区中的非平衡电子和空穴，或者产生在势垒区外但扩散进势垒

区的非平衡电子和空穴，在内建静电场的作用下，各向相反方向运动，离开势

垒区，结果使 p 区电势升高，n 区电势降低，p-n 结两端形成光生电动势，这就

是 p-n 结的光生伏特效应。

图

1.1 光生伏特效应

由于光照产生的非平行载流子各向相反方向漂移，从而在内部构成自 n 区

流向 p 区的光生电流，在 p-n 结短路情况下构成短路电流密度 Jsc。在 p-n 结开路

情况下，p-n 结两端建立起光生电势差，这就是开路电压。如将 p-n 结与外电路

接通，只要光照不停止，就会不断地有电流流过电路，p-n 结起了电源的作用，

这就是光电池的基本工作原理（见）。显然，光电池之所以能在光照下形成电流

密度 J、短路电流密度 Jsc、开路电压 Voc，都是由于材料内部存在内建静电场或

有效力场的缘故。

2