跟半導(dǎo)體有關(guān)

　　硅真是一個(gè)好東西，計(jì)算機(jī)、IT離不開它，太陽(yáng)能發(fā)電也離不開它。

　　硅原子的最外層有4個(gè)電子，這是不完美的結(jié)構(gòu)，要想發(fā)不離8，硅原子的最外層迫切需要達(dá)到8個(gè)電子，為此，它們不得不抱團(tuán)取暖，互相借力，當(dāng)很多硅原子在一起時(shí)，每個(gè)硅原子共享相鄰的4個(gè)硅原子的4個(gè)電子，同時(shí)也把自身最外層的4個(gè)電子共享出去，如此，它們組成了穩(wěn)定的硅晶體。

　　硅晶體化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定。在常溫下，除氟化氫以外，很難與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。

　　硅晶體是不良導(dǎo)體，因?yàn)樗鼪]有無(wú)所事事的自由電子，現(xiàn)在，我們就來(lái)改造它。磷原子（P）的最外層有5個(gè)電子，把磷原子摻雜進(jìn)硅晶體，那么硅晶體顯然就多出了一個(gè)自由電子。

　　磷原子拿出4個(gè)電子與相鄰4個(gè)硅原子共享后，還剩余一個(gè)電子，它是自由的。

　　硅晶體中無(wú)數(shù)的硅原子被磷原子取而代之，就多出了很多的自由電子，于是，它就導(dǎo)電了。此時(shí)，我們已經(jīng)做成了一個(gè)半導(dǎo)體，它的名字叫“N型半導(dǎo)體”，為了讓你一輩子都能記住N型半導(dǎo)體的由來(lái)，你可以把“N”想象成一個(gè)百無(wú)聊奈的自由電子在走“N”字型閑逛。

　　以上，是摻雜有5個(gè)最外層電子的磷原子，那么，假如摻雜的是最外層只有3個(gè)電子的鋁（AI）呢？

　　摻雜鋁原子后，顯然，就缺少了一個(gè)電子了，這就像一個(gè)沒有被填滿的洞，我們叫它“空穴”。

　　硅晶體摻雜諸如鋁、硼這樣的三價(jià)原子后，就制成了另一種半導(dǎo)體，叫做“P型半導(dǎo)體”，為了記住它，我們可以把“P”想象成一個(gè)需要電子去填充的空穴。

　　P型半導(dǎo)體也是導(dǎo)電的，這是因?yàn)椋�施加外電�?chǎng)后，P型半導(dǎo)體中的電子會(huì)逆電場(chǎng)方向依次填補(bǔ)空穴，同時(shí)呢，空穴也就沿電場(chǎng)方向移動(dòng)，于是，電流產(chǎn)生了。

　　PN結(jié)

　　說了半天的N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體，它倆有啥用？非常有用，如果你把它倆對(duì)接在一起的話。

　　如果一塊半導(dǎo)體晶體的一側(cè)是N型半導(dǎo)體，另一側(cè)是P型半導(dǎo)體，那么中間相連的接觸面就叫PN結(jié)。

　　PN結(jié)是許多電子元件，例如二極管、各種晶體管的物質(zhì)基礎(chǔ)。而晶體管被認(rèn)為是現(xiàn)代歷史上最偉大的發(fā)明之一，在重要性方面可以與印刷術(shù)，汽車和電話等發(fā)明相提并論。

　　現(xiàn)在我們已經(jīng)知道，在N型半導(dǎo)體中，自由電子的濃度很高，而在P型半導(dǎo)體中，空穴的濃度很高。根據(jù)擴(kuò)散的原理，物質(zhì)總是從濃度高的地方向濃度低的地方擴(kuò)散。

　　所以，在PN結(jié)中，會(huì)有很多自由電子從N型半導(dǎo)體中擴(kuò)散到P型半導(dǎo)體中，帶來(lái)的結(jié)果是，本來(lái)N型半導(dǎo)體是電中性的，不帶電，但因?yàn)槭�去一部分電子后，就帶正電了�?/P>

　　而在P型半導(dǎo)體中，因?yàn)楹芏嘧杂呻娮优苓^來(lái)，填滿了不少空穴，導(dǎo)致空穴濃度降低了，本來(lái)P型半導(dǎo)體也是電中性的，現(xiàn)在多出了很多電子，所以帶上了負(fù)電。

　　PN結(jié)中，一側(cè)帶上正電，一側(cè)帶上負(fù)電，于是就在接觸面形成了一個(gè)內(nèi)部的電場(chǎng)。

　　陽(yáng)光是怎么發(fā)電的？

　　說完了PN結(jié)，和PN結(jié)里面的內(nèi)電場(chǎng)，現(xiàn)在，我們終于可以進(jìn)入正題--陽(yáng)光是怎么變成電流的？

　　在光電效應(yīng)中，我們知道，一定頻率以上的光可以從金屬中打出電子。這告訴我們，光的能量是可以作用在電子上。

　　當(dāng)太陽(yáng)光照射到一般的半導(dǎo)體上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電子與空穴對(duì)，即，陽(yáng)光在半導(dǎo)體中產(chǎn)生一個(gè)自由電子時(shí)，就會(huì)同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)空穴，因?yàn)殡娮釉陉?yáng)光能量的作用下離開本該待的位置，成為自由電子時(shí)，那個(gè)位置必然缺乏一個(gè)電子，空穴就產(chǎn)生了。

　　不過，在一般的半導(dǎo)體中，陽(yáng)光產(chǎn)生的自由電子和空穴很快就結(jié)合在一起了，自由電子和空穴的生命周期很短。

　　但是在PN結(jié)半導(dǎo)體中，就不同了。

　　因?yàn)镻N結(jié)中有內(nèi)電場(chǎng)，當(dāng)太陽(yáng)光在PN結(jié)中產(chǎn)生電子和空穴對(duì)時(shí)，電子會(huì)在內(nèi)電場(chǎng)的作用下，向N型半導(dǎo)體中移動(dòng)，同理，空穴向P型半導(dǎo)體中移動(dòng)。

　　此時(shí)，如果PN結(jié)兩端接通導(dǎo)線，就可以產(chǎn)生電流了。

　　以上，就是太陽(yáng)能發(fā)電的原理。下圖為示意圖：