基本介紹
- 中文名：反常光生伏特效應
- 外文名：Anomalous photovaltaic effect
介紹,多晶中晶粒的串聯和,歷史,Dember效果,結構轉換模型,p-n結模型,表面光電壓模型,非中心對稱單晶中的體光伏效應,
介紹
這種效應所產生的都是指開路電壓較高，有些情況下，能產生高達上千伏；但在閉路有電流時，則能產生很小的功率。因此，能產生反常光生伏特效應的材料，還都不能實用。
什麼材料才能發生反常光生伏特效應？根據大量數據總結，梅茲提出假設；只有材料內含有一些簡單的單元，每單元產生的光生伏特電壓經串聯，使總電壓升高的材料，才能成為具有反常光生伏特效應的材料。根據梅茲的假設可知，下列三種材料能產生反常光生伏特效應：
- 多晶材料，每一微晶可視為一光伏特電池；整個多晶的微晶電壓串聯起來的電壓就可具有比它的能帶隙寬高的電壓。
- 某些鐵電材料能發展成鐵電條狀疇；每個疇也可視為一個光伏特電池，它們串起來也可獲得較高的光生伏特電壓。
- 具有非中心對稱結構的單晶可產生巨大的光生伏特電壓。這種情況特別稱為體光生伏特效應。
多晶中晶粒的串聯和
歷史
Starkiewicz等人發現了這種效應。 1946年開始研究PbS薄膜，後來在其他半導體多晶薄膜上觀察到，包括CdTe，矽，鍺，ZnTe和InP，以及非晶矽薄膜和納米晶矽系統。觀察到的光電壓達到數百，有時甚至達到數千伏。觀察到這種效果的薄膜通常是薄的半導體薄膜，它通過真空蒸發沉積在加熱的絕緣基底上，相對於入射蒸汽的方向保持一定角度。然而，發現光電壓對製備樣品的條件和程式非常敏感。這使得難以獲得可重複的結果，這可能是迄今為止尚未接受令人滿意的模型的原因。但是，有人建議使用幾種模型來解釋這種特殊現象，下面簡要概述它們。
傾斜沉積可導致膜中的若干結構不對稱。在解釋APE的第一次嘗試中，很少有人將薄膜視為單一實體，例如考慮樣品厚度沿其長度的變化或電子陷阱的不均勻分布。然而，隨後的研究通常支持模型，這些模型解釋了由一系列微量元素對淨光電壓產生附加作用所產生的影響。下面回顧了用於解釋光電壓的更流行的模型。
Dember效果
當光生電子和空穴具有不同的遷移率時，可以在半導體平板的發光面和非發光面之間產生電位差。通常，這種電位是通過板坯的深度產生的，無論是塊狀半導體還是多晶膜。這些情況之間的區別在於，在後者中，可以在每個微晶中產生光電壓。如上所述，在傾斜沉積過程中，形成傾斜的微晶，其中一個面可以比另一個面吸收更多的光。這可能導致沿著薄膜以及通過其深度產生光電壓。假設存在一些具有不同性質的未指定層，阻礙了微晶表面上載流子的轉移，從而防止了連續的琥珀色電壓的消除。為了解釋與照射方向無關的PV的極性，必須假設在微晶的相對面處的複合速率存在很大差異，這是該模型的弱點。
結構轉換模型
該模型表明，當材料在立方結構和六邊形結構中均結晶時，可以通過兩個結構之間的界面處的殘餘偶極層形成不對稱屏障。由於帶隙差和界面處產生的電場的組合形成勢壘。應該記住，可以調用該模型來解釋異常的PV效應，僅在可以證明兩種類型的晶體結構的材料中。
p-n結模型
Starkiewicz 提出異常PV是由於正和負雜質離子通過微晶的分布梯度而產生的，其取向使得總的光電壓非零。這相當於一組p-n結。然而，沒有解釋可以形成這種p-n結的機制。
表面光電壓模型
微晶之間的界面可能包含電荷載流子的陷阱。這可能導致微晶中的表面電荷和相反的空間電荷區，在微晶足夠小的情況下。在傾斜微晶的照射下，產生電子 - 空穴對並引起表面和微晶內電荷的補償。如果假設光學吸收深度遠小於微晶中的空間電荷區域，則由於它們的傾斜形狀，在一側吸收的光比在另一側吸收的光更多。因此，在兩側之間產生了電荷減少的差異。這樣，在每個微晶中形成平行於表面的光電壓。
非中心對稱單晶中的體光伏效應
具有非中心對稱結構的完美單晶可以產生巨大的光電壓。 這被稱為體光伏效應，並且由於非中心對稱而發生。電子過程如光激發，散射和弛豫可能發生在電子向一個方向移動而不是相反方向的不同機率。
這種效應最早是在20世紀60年代發現的。已經在鈮酸鋰（LiNbO3），鈦酸鋇（BaTiO3）和許多其他材料中觀察到。
使用密度泛函理論或其他方法的理論計算可以預測材料將表現出體光伏效應的程度。
