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'太阳能电池(硅)的一些基本概念 太阳能电池（硅）工作原理太阳能电池分类半导体及其主要特征半导体物理有关概念本证半导体杂质半导体PN结太阳能电池原理 1.太阳能电池分类按照结构分类：同质结太阳能电池：同一半导体材料异质结太阳能电池：不同半导体材料肖特基太阳能电池：金属与半导体界面肖特基势垒多结太阳能电池：多个pn结，复合半导体电池液结太阳能电池：电解液和半导体按照材料分类：硅太阳能电池：单晶硅、多晶硅、化合物半导体太阳能电池：具有半导体特性的化合物，砷化镓、硫化镉有机半导体太阳能电池：含有一定数量炭-炭键的半导体材料做成的电池，如萘、、芳烃-卤素络合物、高聚物等薄膜太阳能电池：用单质、无机物、有机物等材料制作的薄膜作为机体材料的太阳能电池，如非晶硅薄膜、单晶硅薄膜、纳米晶薄膜太阳能电池 硅的原子序数为14，即其原子核周围有14个电子，这些电子按照轨道层层分布：2.4晶体原子组成 典型的半导体是硅Si和锗Ge，它们都是4价元素。硅原子锗原子硅和锗最外层轨道上的四个电子称为价电子。+14284Ge+3228184+4 一种元素的化学性质和物理性质是由其原子结构决定的，其中外层电子的数目起着最为重要的作用。习惯上把外层电子称为价电子，一个原子有几个外层电子就称它为几价。硅（Si）是第四族元素，称为４价元素；硼（B）、铝、镓、铟为３价元素；氮、磷（P）、砷为５价元素。原子和原子的结合，主要靠外层的互相交合以及价电子运动的变化。 电子在原子核周围转动时，每一层轨道上的电子都有确定的能量，最里层的轨道相应于最低的能量，第二层轨道具有较大的能量，越是外层的电子受原子核的束缚越弱而能量越大。晶体中，原子电场相互叠加，轨道对应的能级由单个能级变为能量接近但又不同的能级，称为能带。外层：能带宽有的填满内层：能带窄被电子填满 金属：无禁带，导带和价带重合，即使温度0K，照样导电半导体：禁带宽度零点几eV到4eV之间，0K时，电子充满价带，导带为空，不导电，温度升高后电子从价带跳到导带，可以导电绝缘体：禁带宽度5~10eV，难以激发电子 本征半导体的共价键结构束缚电子在绝对温度T=0K时，所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中，不会成为自由电子，因此本征半导体的导电能力很弱，接近绝缘体。4.本征半导体本征半导体——化学成分纯净的半导体晶体。制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”。 这一现象称为本征激发，也称热激发。当温度升高或受到光的照射时，束缚电子能量增高，有的电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子。自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，称为空穴。 可见本征激发同时产生电子空穴对。外加能量越高（温度越高），产生的电子空穴对越多。与本征激发相反的现象——复合在一定温度下，本征激发和复合同时进行，达到动态平衡。电子空穴对的浓度一定。常温300K时：电子空穴对的浓度硅：锗：自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴电子空穴对 自由电子带负电荷电子流+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子E＋－＋总电流载流子空穴带正电荷空穴流本征半导体的导电性取决于外加能量：温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。导电机制 5.杂质半导体为了获得特殊性能的材料，需要人为将杂质加到半导体中，这个过程叫掺杂。通过扩散或离子注入完成。材料的性能取决于杂质种类和数量5.1.N型半导体在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，砷等，称为N型半导体。在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的半导体称为杂质半导体。 多余电子磷原子硅原子电子数远大于空穴数目，导电主要由自由电子决定导电方向与电场方向相反的半导体，称N型半导体（Negitive）少数载流子——空穴++++++++++++N型半导体施主离子自由电子电子空穴对多数载流子——电子 在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。空穴硼原子硅原子多数载流子——空穴少数载流子——自由电子－－－－－－－－－－－－P型半导体受主离子空穴电子空穴对5.2P型半导体 杂质半导体的示意图++++++++++++N型半导体多子—电子少子—空穴－－－－－－－－－－－－P型半导体多子—空穴少子—电子少子浓度——与温度有关多子浓度——与温度无关 5.3载流子在半导体的导电过程中，运载电流的粒子，可以是带负电荷的电子，也可以是带正电荷的空穴，这些电子或空穴叫做载流子半导体的导电性能与载流子的数目有关。单位体积的载流子数目，叫做载流子浓度。半导体的载流子浓度随其中杂质的含量和外界条件（如加热、光照等）而显著变化。在本征半导体中，电子和空穴的浓度是相等的。在含有杂质和晶格缺陷的半导体中，电子和空穴的浓度则不相等。占多数的载流子叫多数载流子，简称多子占少数的载流子叫少数载流子，简称少子 载流子产生和复合半导体中由于晶格的热运动，电子不断从价带被激发到导带，形成一对电子和空穴，这就是载流子产生在不存在外电场时，在运动中电子和空穴常常碰在一起，即电子跳到空穴的位置上把空穴填补掉-载流子复合在一定的温度下，半导体内电子和空穴不断产生和复合没有外表的光和电的影响，单位时间内产生和复合的电子与空穴即达到相对平衡，称为平衡载流子在这种情况下，电子浓度和空穴浓度的乘积等于本征半导体载流子浓度。对于每种材料，本征半导体载流子浓度取决于温度。只要温度一定，则电子浓度和空穴浓度的乘积即是一个与掺杂无关的常数。 载流子注入外界条件下，如光照，半导体中电子和空穴的产生率大于复合率，产生非平衡载流子，这一过程称为载流子注入光注入：光照产生电注入：电学方法低注入——注入的非平衡载流子浓度原低于平衡载流子浓度高注入——注入的非平衡载流子浓度相当于平衡载流子浓度太阳能电池：一般为低注入强辐照条件下（100倍阳光）下工作的聚光太阳能电池为高注入 载流子输运电子和空穴发生地净位移，叫载流子的输运两种输运方式：漂移运动和扩散运动漂移运动：外加电场作用下，载流子热运动将叠加一个附加速度，称为漂移速度电子：漂移速度与电场反向空穴：漂移速度与电场同向扩散运动：微粒的热运动产生的物质迁移现象称为扩散主要由浓度差引起，从浓度高处向浓度低处扩散，直到相同，浓度差越大、微粒质量愈小、温度愈高，扩散速度越快半导体中载流子因浓度不均匀而引起的从浓度高处向浓度低处的迁移运动称为扩散运动 本征半导体、杂质半导体本节中的有关概念自由电子、空穴N型半导体、P型半导体多数载流子、少数载流子施主杂质、受主杂质 6.PN结p-n结：一块半导体上，通过特殊工艺，使一部分呈p型，一部分呈n型，则p型和n型界面附近区域称为p-n结同质结：同一半导体材料上形成异质结：不同半导体材料上形成生成工艺：成长、合金、外延、注入p-n结：单向导电性是太阳能电池的核心，是其赖以工作的基础 内电场E因多子浓度差形成内电场多子的扩散空间电荷区阻止多子扩散，促使少子漂移。PN结合空间电荷区多子扩散电流少子漂移电流耗尽层6.1.PN结的形成 少子飘移补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，E多子扩散又失去多子，耗尽层宽，E内电场E多子扩散电流少子漂移电流耗尽层动态平衡：扩散电流＝漂移电流总电流＝0势垒UO硅0.5V锗0.1V 6.2.PN结的单向导电性(1)加正向电压（正偏）——电源正极接P区，负极接N区外电场的方向与内电场方向相反。外电场削弱内电场→耗尽层变窄→扩散运动＞漂移运动→多子扩散形成正向电流IF正向电流 (2)加反向电压——电源正极接N区，负极接P区外电场的方向与内电场方向相同。外电场加强内电场→耗尽层变宽→漂移运动＞扩散运动→少子漂移形成反向电流IRPN在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓度是一定的，故IR基本上与外加反压的大小无关，所以称为反向饱和电流。但IR与温度有关。 PN结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻，PN结导通；PN结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻，PN结截止。由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。 7.太阳能电池原理原理：半导体pn结的光生伏特效应物体受阳光照射时，体内电荷分布发生变化而产生电势和电流的效应气体、液体、固体中均可产生固体中，尤其是半导体中，光能转变为电能的效率最高。半导体电池发电过程：吸收太阳光，照射在太阳能电池表面太阳能电池吸收具有一定能量的光子，激发非平衡载流子（电子-空穴对）光生载流子在pn结内部电场的作用下，电子-空穴对被分离Pn结两端引出电极，接上负载，有电流通过，获得功率。太阳能——电能 电势的建立 小结1.半导体材料中有两种载流子：电子和空穴，电子带负电，空穴带正电2.载流子有两种运动方式：扩散运动和漂移运动。3.本征激发使半导体中产生电子-空穴对，但它们的数目很少，并与温度有密切关系。4.在纯净半导体中掺入不同的杂质，可以得到N型半导体和P型半导体。5.采用一定的工艺措施，使P型和N型半导体结合在一起，就形成了PN结。PN结的基本特点是单向导电性。6.PN结内形成内建势垒电场7.PN结内光生载流子在势垒电场的作用下被分在两侧，形成电势 第七节泄泻中医内科学—脾胃系病证 一、定义：泄泻是以排便次数增多，粪质稀溏或完谷不化，甚至泻出如水样为主症的病证。大便溏薄而势缓者称为泄大便清稀如水而势急者称为泻现临床一般统称泄泻。 二、历史沿革(一)病名1.濡泄：因水湿阻于胃肠，脾虚不能制水所致的泄泻。2.飧泄：泻下完谷不化。3.注下：大便如水样向下倾注。4.大肠泄：食已窘迫，大便色白，肠鸣切痛。5.溏泄：指泻下清稀垢秽。6.骛泄：指泻五水粪相杂，色青黑如鸭粪。7.滑泄：久泻不禁谓之滑泄。8.《难经》五泄：指胃泄、脾泄、小肠泄、大肠泄、大瘕泄。9.大瘕泄：大瘕泄者，里急后重，数至圊而不能便，茎中痛宋代以后统称为泄泻。 （二）治法李中梓在《医宗必读·泄泻》中提出了著名的治泻九法，全面系统地论述了泄泻的治法，是泄泻治疗学上的里程碑。淡渗、升提、清凉、疏利、甘缓、酸收、燥脾、温肾、固涩。叶天士在《临证指南医案·泄泻》中提出久患泄泻，“阳明胃土已虚，厥阴肝风振动”，故以甘养胃，以酸制肝，创泄木安土之法。 三、病因病机（一）、病因1．感受外邪2．饮食所伤3、情志失调4．病后体虚5．禀赋不足 病因病机 二、病机小结基本病机变化为脾胃受损，湿困脾土,肠道功能失司。病位在肠，脾失健运是关键，同时与肝、肾密切相关。病理因素与湿邪关系最大，但可夹寒、夹热、夹滞。生理情况下：1、脾主运化，喜燥恶湿2、大小肠司泌浊、传导3、肝主疏泄，调节脾运4、肾主命门之火，能暖脾助运，腐熟水谷病理情况下：若脾运失职，小肠无以分清泌浊，大肠无法传化，水反为湿，谷反为滞，合污而下，则发生泄泻。日久脾病及肾，肾阳亏虚，脾失温煦，不能腐熟水谷，可成命门火衰之五更泄泻。 为什么说脾虚湿胜是泄泻发生的关键？答案：因为脾主运化，为制水之脏，喜燥恶湿。而泄泻的发生有内因与外因两个方面。外因与湿邪关系最大，湿邪侵入，损伤脾胃，运化失常。所谓"湿胜则濡泄"。内因则与脾虚关系最为密切，脾虚失运，水谷不化精微，湿浊内生，混杂而下，发生泄泻。所以说脾虚湿胜是泄泻发生的关键。 四、诊查要点（一）诊断依据1．以大便粪质稀溏为诊断的主要依据,或完谷不化,或粪如水样，大便次数增多，每日3-5次以至十数次以上。2．常兼有腹胀、腹痛、肠鸣、纳呆。3．起病或急或缓。暴泻者多有暴饮暴食或误食不洁之物的病史。迁延日久，时发时止者，常由外邪、饮食或情志等因素诱发。 （二）病证鉴别1、泄泻与痢疾不同相同泄泻大便次数增加，粪质稀溏，甚则如水样，或完谷不化为主症。两者均为大便次数增多、粪质稀薄的病证痢疾腹痛、里急后重、便下赤白脓血为特征。 2．泄泻与霍乱泄泻大便稀溏，次数增多为特征，一般预后良好。两者均大便次数增多。霍乱上吐下泻并作的，来势急骤，变化迅速，病情凶险，起病时先突然腹痛，继则吐泻交作，所吐之物均为未消化之食物，气味酸腐热臭，所泻之物多为黄色粪水，或吐下如米泔水；常伴恶寒、发热，部分病人在吐泻之后，津液耗伤，迅速消瘦，或发生转筋，腹中绞痛。若吐泻剧烈，可致面色苍白，目眶凹陷，汗出肢冷等津竭阳衰之危候。 （三）、相关检查1、粪便检查比较重要，显微镜下粪检包括观察血细胞数及病原体；粪便培养可找出病原菌等。2、慢性泄泻可行结肠内窥镜、小肠镜检查；3、慢性腹泻可考虑做结肠钡剂灌肠及全消化道钡餐检查，以明确病变部位4、腹部B超或CT检查有助于胰腺病变、腹腔淋巴瘤等疾病的诊断。5、一些全身性疾病如甲亢、糖尿病、慢性肾功能不全等也可引起腹泻，可进行相关检查有助于明确诊断。 五、辨证论治（一）、辨证要点1、凡病势急骤，脘腹胀满，腹痛拒按，泻后痛减，小便不利者，多属实证；2、凡病程较长，腹痛不甚且喜按，小便利，口不渴，多属虚证。3、粪质清稀如水，腹痛喜温，完谷不化，多属寒湿之证；4、粪便黄褐，味臭较重，泻下急迫，肛门灼热，多属湿热证。5、久泻迁延不愈，倦怠乏力，稍有饮食不当，或劳倦过度即复发，多以脾虚为主；6、泄泻反复不愈，每因情志不遂而复发，多为肝郁克脾之证；7、五更泄泻，完谷不化，腰酸肢冷，多为肾阳不足。8、泄泻而饮食如常，说明脾胃未败，多为轻证，预后良好；9、泻而不能食，形体消瘦，或暑湿化火，暴泄无度，或久泄滑脱不禁，均属重证。 (二)治疗原则运脾化湿暴泻-----重在化湿，佐以分利，分别采用温化寒湿和清化湿热之法。久泻-----以健脾为先，或抑肝扶脾，或温肾健脾。 （三）、证治分类1、暴泻（1）、寒湿内盛证主证：泄泻清稀，甚则如水样，脘闷食少，腹痛肠鸣兼证：兼外感风寒，则恶寒，发热，头痛，肢体酸痛。舌脉：舌苔白或白腻，脉濡缓。证机概要：寒湿内盛，脾失健运，清浊不分。治法：散寒化湿。代表方：藿香正气散加减 代表方藿香正气散加减藿香、紫苏、白芷苍术、茯苓、半夏桔梗陈皮、木香、厚朴、大腹皮解表散寒化湿除满、健脾宽中散寒化湿 （2）．湿热伤中证主证：泄泻腹痛，泻下急迫，或泻而不爽，粪色黄褐，气味臭秽。兼证：肛门灼热，烦热口渴，小便短黄舌脉：舌质红，苔黄腻，脉滑数或濡数。证机概要：湿热壅滞，损伤脾胃，传化失常。治法：清热利湿。代表方：葛根芩连汤加减。 清热燥湿代表方葛根芩连汤黄芩、黄连、苦参、葛根车前草、茯苓增强利湿之效清热利湿 （3）．食滞肠胃证主证：腹痛肠鸣，泻下粪便臭如败卵，泻后痛减兼证：脘腹胀满，嗳腐酸臭，不思饮食舌脉：舌苔垢浊或厚腻，脉滑。证机概要：宿食内停，阻滞肠胃，传化失司。治法：消食导滞。代表方：保和丸加减。 代表方保和丸加减神曲、山楂、莱菔子、连翘茯苓、半夏、陈皮酒食肉食面食食热消食化积宽中除满 2、久泻（1）．脾胃虚弱证主证：大便时溏时泻，迁延反复，食少，食后脘闷不舒，稍进油腻食物，则大便次数明显增加兼证：面色萎黄，神疲倦怠舌脉：舌质淡，苔白，脉细弱。证机概要：脾虚失运，清浊不分。治法：健脾益气，化湿止泻。代表方：参苓白术散加减。 代表方：参苓白术散加减健脾益气化湿止泻人参、白术、茯苓、甘草、山药、莲子肉砂仁、陈皮、桔梗、扁豆、薏苡仁 （2）．肾阳虚衰证主证：黎明之前脐腹作痛，肠鸣即泻，完谷不化，腹部喜暖，泻后痛安，兼证：形寒肢冷，腰膝酸软舌脉：舌淡苔白，脉沉细。证机概要：命门火衰，脾失温煦。治法：温肾健脾，固涩止泻。代表方：四神丸加减。 代表方：四神丸加减补骨脂、肉豆蔻、吴茱萸、附子、炮姜温肾健脾固涩止泻五味子、赤石脂、禹余粮 （3）．肝气乘脾证主证：每因抑郁恼怒，或情绪紧张之时，发生腹痛泄泻，腹中雷鸣，攻窜作痛，矢气频作，兼证：素有胸胁胀闷，嗳气食少，舌脉：舌淡红，脉弦。证机概要：肝气不舒，横逆犯脾，脾失健运。治法：抑肝扶脾。代表方：痛泻要方加减。 代表方：痛泻要方加减白术健脾补虚养血柔肝理气醒脾升清止泻白芍陈皮防风抑肝扶脾 六、预防调护1、起居有常，注意调畅情志，保持乐观心志，慎防风寒湿邪侵袭。2、饮食有节，宜清淡、富营养、易消化食物为主。3、急性泄泻病人要给予流质或半流质饮食。 【临证备要】“健脾”与“运脾”灵活应用。久泻不可利小便。不轻易用补、涩法。注意寒热夹错，虚实兼见需辨明标本。 选择题1．引起泄泻的病因病机，尽管复杂，但关键是（）A、肝脾不和B、脾虚湿胜C、寒邪内侵D、饮食不洁E、以上均非2．下列哪一项不是脾胃虚弱泄泻的特点？（）A、大便时溏时泻B、大便夹有完谷不化C、稍进油腻食物诱发D、面黄肢倦E、腰膝酸软3．下列哪一项不是实证泄泻的特点？（）A、病程短B、腹痛急迫拒按C、泻后痛减D、完谷不化E、起病急4．患者感受寒湿后，出现泄泻清稀如水样，腹痛肠鸣，脘闷食少，伴有恶寒发热，鼻塞头痛，肢体酸痛，苔白腻，脉濡缓，方选（）A、新加香薷饮B、藿香正气散C、胃苓汤D、香苏散E、纯阳正气丸 病案分析林某，男性，18岁。3天前因军训淋雨后，出现腹痛腹泻，大便呈水样，一日十余次。大便前腹中肠鸣。脘闷食少，小便清。伴有恶寒发热，头痛鼻塞，流清涕，四肢酸痛，苔白腻，脉濡缓。请写出中医诊断、证型、治法、方药、药量。 答案：中医诊断：泄泻　　证型：寒湿泄泻　　治法：解表散寒，芳香化湿。　　方剂：藿香正气散藿香12g、陈皮10gg、紫苏12、甘草5g、桔梗12g、茯苓15g、川朴8g、大腹皮15g、法夏10g、神曲10g、白芷12g、白术12g、生姜10g。'