直接带隙半导体指的是能带中导电子的最低能级(价带)和最高能级(导带)之间的能隙很小,小于激子的束缚能。因此,当原子或分子中的一个电子被激发到导带或较高的能级时,空穴将在价带留下,形成一个自由激子。这种半导体有很高的光伏转换效率,例如硒化镉(CdSe)和氮化镓(GaN)。
间接带隙半导体指的是能带中导电子的最低能级(价带)和最高能级(导带)之间的能隙相对比较大,在激子束缚能之上。在激子的形成中,同样可以出现自由激子,但激子束缚能更大,电子和空穴被束缚在一起形成稳定的激子状态。这些半导体也被称为传统半导体,包括硅(Si)和锗(Ge)。
复合半导体指的是由两种或两种以上的物质组成的半导体,包括异质结、量子点、量子阱和超晶格。异质结是指两种具有不同能隙的半导体材料叠在一起,形成一个p-n结,它们的导带和价带不连续。量子点是三维空间中等效盘形空间(或球形空间)的微纳米结构,由于量子力学的限制,量子点的边界具有能级禁带,与之相比,体材料的禁带能级是连续的。量子阱是一种带隙小于半导体的夹层区域,其中的电子被束缚在固定位置的量子态中,而在在平行于夹层区的方向上可以自由移动。超晶格是由两种或多种不同的半导体材料交替排列形成的结构,它们具有独特的电子和振动特性,例如铟磷化镓(InGaP)。
有机半导体由含碳和其他原子的分子或聚合物构成,具有良好的柔性、可加工性和可打印性。它们在能量结构、光学和电学性质上与传统的无机半导体有较大的不同。有机半导体用于电子学器件,例如智能卡、面板显示器(OLED)和太阳能电池。