半导体材料的能带结构图如下所示:
可以看到,在半导体材料的能带图中,禁带是指被填满电子的导带和空带之间的能量间隙。而宽禁带材料则是指禁带较宽的半导体材料。
与窄禁带材料相比,宽禁带材料的导电性能更差,但光学性质更加优异。
宽禁带材料电子激发电子需要的能量较大,在低温下电流呈指数下降的趋势,具有较高的电阻率。同时,在高温下,宽禁带材料的电导率会随着温度升高而增加,但增加的速率远远低于窄禁带材料。
与电学性质相比,宽禁带材料的光学性质十分优异。例如,宽禁带材料透过光可以产生电子-空穴对,并且由于禁带较宽,因此它们可以在空间中长时间存在。这表明宽禁带材料非常适合用于光伏技术方面,可以实现光伏转换效率的大幅提升。
禁带宽度主要取决于材料内部原子结构以及材料制备方法等因素。一般来说,如果禁带宽度大于2.5电子伏特,就可以称之为宽禁带材料。因此,宽禁带的命名来源于其比窄禁带材料更宽的禁带宽度。
宽禁带材料由于其独特的光学性质,在光伏、激光器、光电探测器、LED等领域都有广泛应用。例如,典型的宽禁带材料铜铟镓硒(CuInGaSe2)就是太阳能电池风头正劲的材料之一。此外,宽禁带材料还被广泛用于红外光谱、荧光和光学传感器等领域。