pn结的光伏效应(PN结光伏效应)

PN结通电致发光（LED灯） 和在阳光下产生电势差（光伏效应）两者间的联系是什么？

你的问题还挺多，要分开来慢慢解释。

1、LED发光：要搞清楚这个问题，首先，你需要了解PN结的形成原理。

PN结是一个“由P型和N型半导体材料组成的半导体器件”中，其P 型 与 N型半导体材料相互结合的部分。

P型材料有着“多数可以移动的正电荷（空穴）” 和 “少数固定不动的负电荷（负离子）”；

N型材料有着“多数可以移动的负电荷（自由电子）” 和 “少数固定不动的正电荷（正离子）”；

当P型和N型材料接触时，通过结合处，P型材料中的正电荷向N型材料中扩散，而N型材料中的负电荷则向P型材料中扩散。

这些扩散的正电荷 与 负电荷相遇而结合，原有的正电荷和负电荷（载流子）消失。因此在结合处的附近区域（结区）中，有一段距离缺少正电荷或负电荷（载流子），但是在这一区域却分布着带电的固定电荷（固定不动的“负离子”或固定不动的“正离子”），这一区域称为空间电荷区 。

P 型半导体一边的没有参与扩散的“负离子” ，N 型半导体一边的没有参与扩散的“正离子”，在空间电荷区产生电场，这电场阻止载流子进一步扩散 ，达到平衡。（内建电场）

在上面所述的基础上，就可以理解以下几个问题

1、LED的发光，既不是PN结，也不是非PN结，而是当LED接通外部电源后，外来的载流子打破空间电荷区的平衡后产生的。

因为空间电荷区有阻力，所以载流子要突破这个区域需要能量，当这个能量积累到一定的程度，载流子就可以由P区进入N区，这个进入的过程也是能量释放的过程，在这个过程中，载流子把电势能转换成了光能和热能。

单个载流子所释放出的光能是极其微弱的，并且只是一闪而过，不能持续，所以要想有一个持续而又明亮的发光过程，就必须有一个持续的外部电源以及更多的载流子参与进来。

因为这样的一个过程除了发光，同时还在发热，有发热则说明器件在进行有效工作的同时，自身还在产生消耗，这个消耗对器件本身有着老化和破坏的作用，因此，LED的寿命跟制作这个LED的材料还有它的工作环境有关系，通常所述的3万小时寿命是指在实验室的相对理想的环境下达到的，实际使用中没有这么长，甚至会因为过度的电压或电流而导致LED瞬间烧毁。

光伏效应：光照并不是去导通PN结，在理解这个问题时，你要确定一点，“光”也是能量的一种形式。

当光照射到已形成PN结的半导体材料上面，会让这个半导体材料获得一定的能量，这个能量导致P型和N型半导体材料产生出更多的载流子（空穴和自由电子）。

因为在光照前，PN结已经形成，也就是内建电场也已形成，由于内建电场是有方向性的，所以光照形成的载流子（光生载流子），会按照这个方向在内建电场中流动（空穴流向N，自由电子流向P），这一动作导致了内建电场的减小。

只要光照是持续的，那么，内建电场最终会小到能让光生载流子轻松的突破PN结，从而产生电流，这个时候，这个被光照的半导体材料就具备了能够对外提供电动势的能力。

综上所述，在一个拥有PN结的半导体器件中，非PN结部分最大的作用就是产生PN结，只有PN结形成后，这个器件才能拥有上述光照或光电转换的功能。

因此，PN结不存在“消耗完”这个概念，只要相结合的P型材料和N型材料还在，这个PN结会永远的存在下去，我们只是利用外力来突破这个PN结，从而达到我们需要的目的。

至于半导体器件的寿命，这跟制造半导体器件的材料构成、制造工艺以及使用环境有关，厂商给出的寿命都是在特定的实验室环境下通过测试和推算得出的。

（就好像一团泥巴，你用特定的水流量来冲击他，冲击时间是1分钟，完成后，这团泥巴被水冲掉了十分之一的重量，那么推算一下，这团泥巴在这个特定的水流量下，也许可以经受住10分钟的冲击，那我就说他在这个状态下的寿命是10分钟）

内光电效应的PN结光伏效应的应用

PN结光伏效应的一个重要的应用，是利用光照射时，PN结产生的光生电压制造把太阳光能转化成电能的器件——太阳电池。制造太阳电池的材料主要有硅(Si)、硫化镉(CdS)和砷化镓(GaAs)等。现在仍有很多新型高效材料正在研究实验中。目前，太阳电池的应用已十分广泛。它已成为宇宙飞船、人造卫星、空间站的重要长期电源。在其它方面的应用也十分普遍。关于目前国内外太阳电池电源设备应用的情形简介如下：

宇宙开发——观测用人造卫星、宇宙飞船、通讯用人造卫星…

航空运输——飞机、机场灯标、航空障碍灯、地对空无线电通讯…

气象观测——无人气象站、积雪测量计、水位观测计、地震遥测仪…

航线识别——航标灯、浮子障碍灯、灯塔、潮流计…

通讯设备——无线电通讯机、步谈机、电视广播中继站…

农畜牧业——电围栏、水泵、温室、黑光灯、喷雾器、割胶灯…

公路铁路——无人信号灯、公路导向板、障碍闪光灯、备急电话…

日常生活——照相机、手表、野营车、游艇、手提式电视机、闪光灯 光电探测器也是对半导体光电效应的重要应用。光电探测器是指对各种光辐射进行接收和探测的器件。其中光敏管(包括各种光敏二极管、光敏三极管和一些光敏晶体管)是此类光电器件的重要组成部分。它与我们高中教材传感器实验中研究的光敏电阻都是实行光电信号转化的装置。光电探测器在科技、生活、生产和国防建设中都有着重要的应用。例如数码照相机、数码摄像机、天文显微镜、GPS全球定位系统、气象卫星拍摄的气象云图、巡航导弹目标定位等等。这些应用中最基本的是有一个非常灵敏的光电探测器。图8所示是一些实际应用中的光电探测器件的图片。

光电效应与光伏效应的区别

你指的光电效应是什么？是爱伊斯坦光电效应吗？如果是大学课程的话，光电效应包含光伏效应。光电效应后很多种，按照是否发射电子，光电效应分为内光电效应和外光电效应，内光电效应包括光电导效应、光伏效应、光子牵引效应和光磁电效应等，外光电效包括光电发射效应，也就是高中物理里面的爱因斯坦光电效应，我不知道你指的是不是这个，如果是的话，我可以告诉你区别，第一点产生光伏效应的材料只能是半导体，而光电发射效应材料可以是金属，第二点光伏效应是少数载流子过程，是半导体中少数载流子吸收光子后在PN结两端产生电势差，而光电发射效应你是半导体或金属在光子激励下辐射出自由电子，并且克服表面势垒后逸出表面向外发射电子，三是光伏效应中载流子不能离开材料，后者可以离开材料，四是前者对于光谱有一定的吸收谱并且与光强有关，而后者存在截止波长电子逸出速度与光强无关，只有频率有关，你可以去百度百科里查一下，我们刚好学了光电探测与信号处理这门课程，所以知道，希望能帮助你！（我不知道你指的光电效应是什么，我觉得你没有明白光电效应的概念，可能你指的是高中书上爱因斯坦光电效应吧，你说具体点，我帮你解答。）

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