基本介紹
- 中文名：光生載流子
- 外文名：photo-generated carriers
光生載流子壽命,有機太陽電池的光生載流子產生機理,光生載流子衰減特徵分析,
光照在半導體的表明，會有吸收。 光子吸收同時產生一個多數載流子和一個少數載流子。
在諸多光伏套用中，光生載流子的數目遠少於太陽電池中本來就存在的由於摻雜而產生的多數載流子。
結果光照時半導體中的多數載流子數目基本不變，而少數載流子卻顯著增加。光生少數載流子數目遠超過暗條件下太陽電池中本來存在的少數載流子，因而光照太陽電池中的少數載流子數可近似為光生載流子數。
光生載流子壽命
光生載流子壽命主要取決於半導體內的複合,大致可分為三種:
(1)Shoekley一Read複合;
(2)輻射複合;
(3)Auger複合。由於半導體對於能量大于禁頻寬度的光子吸收係數較大,輻射複合放出的光子總可以被吸收,從太陽能電池的光電轉換效率來看,輻射複合的影響可以忽略;Auger複合壽命主要由禁頻寬度和熱平衡載流子濃度來確定
有機太陽電池的光生載流子產生機理
雖然有機太陽電池和無機太陽電池一樣是直接將太陽光的光子轉換為電子空穴對發電的器件，但是它們的具體工作原理卻有很大區別。目前學術界對於有機太陽電池中的光生載流子如何產生存在爭論。組成有機太陽電池的有機半導體材料（包括共軛聚合物和共軛小分子）通常相對介電常數只有，遠低於無機半導體（>10），導致電荷間的禁止效應遠小於無機半導體。因此主流學說認為有機太陽電池的光生載流子的產生機理如下（簡稱為激子理論）：一個光子被有機半導體材料吸收後並不會像無機半導體那樣直接形成一個自由電子和一個自由空穴，而是先形成由庫侖力束縛在一起的一個電子空穴對，稱為激子。一定時間後激子擴散到給體受體界面並通過界面的能級差(主要是給體和受體的最低占據分子軌道(LUMO)能級之差)發生電荷分離從而最終產生電子空穴對（學術界普遍認為有機半導體中不存在嚴格意義的自由電子和自由空穴，只有正極化子[positivepolaron]和負極化子[negative polaron]，
近年來的研究表明激子擴散到給體-受體界面也並不會直接分離為電子-空穴對，而會先轉變為束縛度較小的電荷轉移態（Charge Transfer State，簡稱CT態）。CT態是亞穩態的能級，其本質就是束縛在界面上的電子空穴對，它可以繼續完成電荷分離產生光生載流子，也有可能因電子和空穴直接在界面上複合導致載流子的損失，還有可能轉移到其他能量更低的能級上，比如給體或者受體材料的三線態能級上。
光生載流子衰減特徵分析
當半導體材料受到光激發時,電子受激躍遷到導帶,形成導帶電子和價帶空穴,通稱光生載流子。載流子運動過程對半導體性能有非常重要的影響,是分析半導體微觀動力學過程的重要概念。半導體中由於雜質、空位、隙間原子或位錯在禁帶中產生一些能級，這些能級或者起陷阱的作用，或者起複合中心的作用，還要看雜質、溫度和其他摻雜情況而定。
微波吸收法最早用於測量半導體晶片的光生載流子的衰減過程。微波測量技術特別適合於測量納米晶體發光材料、納米光化學材料、納米薄膜材料等的載流子運動過程,對揭示其發光機理具有重要意義。
通過研究自由光電子和淺束縛電子衰減動力學過程,有助於更好地了解半導體晶體材料的能帶結構以及發光動力學機制,為研究和開發高發光效率的半導體材料提供科學依據。
材料的不同微觀結構，形成不同濃度和類型的缺陷,對應不同的光生載流子俘獲中心缺陷態。不同的缺陷態可能形成淺能級陷阱、深能級陷阱、輻射複合中心、非輻射複合中心等。因為Si C輻射複合的時間極短（皮秒至納秒量級），且光致發光效率較低，所以輻射複合是引起光生載流子衰減的主要原因。
光生載流子在陷阱中的行為是可逆的，即同時存在俘獲與反俘獲過程，陷阱深淺決定了光生載流子衰減的快慢。光生載流子衰減過程中，前期的時間行為主要反映了淺陷阱的作用。隨後，深陷阱和淺陷阱的光生載流子弛豫效應將共同作用，最終深陷阱的行為占優勢。這種觀點已在非晶及微晶矽薄膜的瞬態光電導測量中得到證實。
