光伏發(fā)電工程之能帶介紹

根據(jù)晶體理論，晶體內所有電子均具有能量，每個電子所具有的能量對應某一能級，從低到高依次排列。因為原子的內層電子受到原子核的束縛力較強，一般不參與導電，所以通常研究原子最外層價電子的能量狀態(tài)。 ? ?

一、電子所處的能帶

晶體中大量電子能級分布可組成密集的能級帶（根據(jù)百度百科：能級帶是不連續(xù)的，但因為能級帶中的能級分布密集，可近似視為連續(xù)的），該密集的能級帶可被稱為晶體電子所處的能帶。能帶可被分類為價電帶（以下簡稱“價帶”）、禁帶、傳導帶（以下簡稱“導帶”）。 ?

圖片來源：來自網(wǎng)絡 ? 其中，價帶能級最低，禁帶能級居中，導帶能級最高。電子處于價帶的物質呈現(xiàn)不導電的高電阻狀態(tài)；電子處于導帶的物質呈現(xiàn)導電狀態(tài)，此時物質內具有自由電子；禁帶能級區(qū)域處于價帶和導帶能級之間，禁帶能級區(qū)的寬度被稱為禁帶寬度，禁帶寬度的單位是電子伏特（eV）（根據(jù)百度百科：1eV≈1.6×10-19J）。 ? 在溫度為絕對零度（-273.15℃）時，絕大多數(shù)固態(tài)物質的價電子被凍結束縛（價電子處于價帶），即物質處于不導電的高阻狀態(tài)。 ?

在溫度升高或光輻射作用的情況下，被凍結束縛的價電子吸收外界能量，可躍遷至較高的能級中。當吸收的能量可使被凍結束縛的電子的能級跨越禁帶寬度時，物質從不導電的狀態(tài)轉化為導電狀態(tài)，電子需吸收能量的最小值即為禁帶寬度。 ? 物質的禁帶寬度數(shù)值舉例如下：常溫下（一般指25℃），鍺的禁帶寬度約為0.66eV，硅的禁帶寬度約為1.12eV，砷化鎵的禁帶寬度約為1.46eV，氧化亞銅的禁帶寬度約為2.2 eV，金剛石的禁帶寬度約為5.47eV。 ? ?

二、能帶與物質導電性的關系

一般，禁帶寬度較寬的物質是絕緣體，禁帶寬度為零的物質屬于金屬（導體）。 ? 絕緣體、導體、半導體的價帶、禁帶、導帶的關系圖如圖一所示： ? （a）所代表物質的禁帶寬度較大。常溫下，其絕大多數(shù)價電子被束縛于價帶中，不能參與導電，因此，（a）所代表的物質屬于絕緣體（根據(jù)百度百科：一般，禁帶寬度大于4.5eV屬于絕緣體）。 ? （c）所代表物質的禁帶寬度為零，價帶和導帶幾乎相接。其價電子可更輕易進入導帶轉化為自由電子參與導電，因此，（c）所代表的物質屬于導體，常溫下，導體中的價電子幾乎都進入導帶中。 ? （b）所代表物質的禁帶寬度介于絕緣體和導體的禁帶寬度之間。（b）所代表物質的價電子更容易（相比于絕緣體）吸收超過禁帶寬度的能量，而使價電子躍遷至導帶成為自由電子參與導電，因此，（b）所代表的物質屬于半導體。 ?