光生伏特效应中光生电的主要步骤

光的吸收

• 原理：当光照射到半导体材料表面时，光子的能量会被半导体吸收。如果光子的能量大于或等于半导体材料的禁带宽度，就会激发价带中的电子跃迁到导带，从而在价带中产生空穴，形成电子-空穴对。例如，对于硅这种半导体材料，其禁带宽度约为1.1 eV，当光子能量大于或等于1.1 eV的光照射到硅材料上时，就有可能产生电子-空穴对。
• 影响因素：光的吸收程度与光的波长、半导体材料的光学性质（如吸收系数）等因素有关。不同波长的光被吸收的深度不同，通常短波长的光更容易被半导体表面吸收，而长波长的光可能需要深入到半导体内部才能被吸收。

电子-空穴对的分离

• 原理：产生的电子-空穴对在半导体内部需要被分离，以避免它们复合而失去产生电流的能力。在太阳能电池等器件中，通常利用内建电场来实现电子-空穴对的分离。内建电场是由于半导体材料的掺杂而形成的，例如在p-n结中，由于p型半导体和n型半导体的掺杂浓度不同，会在p-n结附近形成一个空间电荷区，产生内建电场。当电子-空穴对产生在内建电场的作用范围内时，电子会被内建电场推向n型区，空穴被推向p型区，从而实现分离。
• 影响因素：内建电场的强度、电子-空穴对的产生位置等因素会影响分离效率。如果电子-空穴对产生在远离内建电场的区域，它们可能在到达内建电场之前就已经复合了，从而降低了分离效率。

载流子的传输

• 原理：分离后的电子和空穴需要分别传输到半导体的电极处，才能形成电流。电子在n型半导体中传输，空穴在p型半导体中传输。载流子的传输主要依靠扩散和漂移两种机制。扩散是由于载流子浓度梯度引起的，载流子会从高浓度区域向低浓度区域扩散；漂移是由于电场作用引起的，载流子会在电场力的作用下定向移动。
• 影响因素：半导体材料的载流子迁移率、杂质浓度、材料的缺陷等因素会影响载流子的传输效率。较高的载流子迁移率和较低的杂质浓度及缺陷密度有利于提高载流子的传输效率。

电极收集载流子形成电流

• 原理：当电子和空穴分别传输到半导体的电极处时，就会被电极收集。在外部电路中，电子从n型电极流出，经过负载，再回到p型电极，形成电流。这个电流就是光生伏特效应产生的电流，其大小与光的强度、半导体材料的光电转换效率等因素有关。
• 影响因素：电极与半导体的接触质量、电极的材料等因素会影响载流子的收集效率。良好的欧姆接触可以减少载流子在电极处的损失，提高电流的输出效率。