光生伏打效應

　　由光照引起電動勢的現象。嚴格來講，包括兩種類型：一類是發生在均勻半導體材料內部；一類是發生在半導體的介面。雖然它們之間有一定相似的地方，但產生這兩個效應的具體機制是不相同的。通常稱前一類為丹倍效應，而把光生伏打效應的涵義隻局限於後一類情形。

　　半導體介面包括有:由於摻雜質不同而形成的P型區和N型區的介面，即PN結；金屬和半導體接觸的介面；不同半導體材料製成的異質結介面以及由金屬－絕緣體－半導體組成的 MIS系統的介面。在這這些界面處都存在有一個空間電荷區，其中有很強的電場，稱為自建電場。光照產生的電子－空穴對，在自建電場作用下的運動，就是形成光生伏打效應的原因。下面以PN結為例進一步具體說明。

　　在PN結交界面處N區一側帶正電荷，P區一側帶負電荷，空間電荷區中自建電場的方向自N區指向P區。由於光照可以在空間電荷區內部產生電子－空穴對，它們分別被自建電場掃向N區和P區，就如同有一個電子由P區穿過空間電荷區到達N區，形成光致電流。在空間電荷區附近一定范圍內產生的電子－空穴對，隻要它們能通過擴散運動到達空間電荷區，同樣可以形成光致電流，光照產生的電子和空穴擴散運動所能走的距離為擴散長度。光致電流使N區和P區分別積累瞭負電荷和正電荷，在PN結上形成電勢差，引起方向與光致電流相反的N結正向電流。當電勢差增長到正向電流恰好抵消光致電流的時候，便達到穩定情況，這時的電勢差稱為開路電壓。如果PN結兩端用外電路連接起來，則有一股電流流過，在外電路負載電阻很低的情況，這股電流就等於光致電流，稱為短路電流。

　　光生伏打效應的應用之一是把太陽能直接轉換成電能，稱為太陽電池。目前，用矽單晶材料制造的太陽電池，已經廣泛地應用於很多技術部門，特別是航天技術。但是單晶矽太陽電池造價比較高。1975年實現瞭非晶矽的摻雜效應以後，很多人認為利用大面積非晶矽薄膜制備太陽電池是很有希望的。此外，利用光生伏打效應制成的光電探測器件也得到廣泛的應用。