吸收系数

概述

  1. 不同的半导体材料具有不同的吸收系数。
  2. 吸收系数较高的材料更容易吸收光子，从而将电子激发到导带中。
  3. 了解材料的吸收系数有助于工程师确定在太阳能电池设计中使用哪种材料。

吸收系数决定了特定波长的光在被吸收之前可以穿透材料多远。在吸收系数低的材料中，光的吸收很差，如果材料足够薄，它对该波长就会显得透明。吸收系数取决于材料以及被吸收的光的波长。半导体材料的吸收系数具有显著优势。能量低于带隙的光没有足够的能量将电子从价带激发到导带，因此，该光不被吸收。几种半导体材料的吸收系数如下所示。

各种半导体材料在 300K 时的吸收系数 α 与光的真空波长的函数。

上图表明，即使对于那些能量高于带隙的光子，吸收系数也不是恒定的，仍强烈依赖于波长。光子和电子以从一个能带移动到另一个能带的方式相互作用，而吸收光子的概率取决于这种作用发生的可能性。对于能量非常接近带隙能量的光子，因为只有直接位于价带边缘的电子才能与光子相互作用而引起吸收，所以吸收相对较低。随着光子能量的增加，不仅仅是已经具有接近带隙能量的电子，更多的电子可以与光子相互作用并使光子被吸收。

吸收系数 α 与消光系数 k 相关，公式如下：

$$\alpha=\frac{4 \pi k}{\lambda}$$

其中 λ 是波长。如果 λ 的单位为 nm，则乘以 107 即可得到单位为 cm-1 的吸收系数。

硅的其他光学特性在硅的光学特性页面中给出。