Photovoltaik Physik und Technologie der Solarzellen - IPHT Jena

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Abb. 4.6: Prinzipielle Struktur eines Elektronenbandes und Vorgang bei der Bewegung unter
konstanter Kraft (rechts)
Die Leitfähigkeit eines Metalls hängt mit folgendem zusammen: Das Leitungsband ist teilgefüllt,
wegen der Symmetrie sind die Zustände mit k und -k gleichwertig und der Mittelwert
der Geschwindigkeit aller Elektronen ist null. Ein elektrisches Feld übt auf die Gesamtheit der
Leitungselektronen eine Kraft aus und führt zu einem Impulszuwachs, also zu einem Zuwachs
von k. Wegen der Streumechanismen ist der Zuwachs aber nicht dauernd anwachsend, sondern
begrenzt. Die Verschiebung der Gesamtheit der Elektronen im k-Raum (Abb. 4.7) führt zu einer
mittleren Geschwindigkeit und zu einem Strom und damit zu einer Leitfähigkeit.
Ist ein Band aber voll gefüllt, dann erfährt jedes einzelne Elektron zwar einen k-Zuwachs. Aber
nach diesem Zuwachs sieht die Gesamtheit der Elektronen auch nicht anders aus als vorher:
Alle Zustände sind besetzt, die mittlere Geschwindigkeit ist null, es fließt kein Strom und das
Material ist nichtleitend. Ein Wechsel eines Elektrons von einem Band ins nächste durch
elektrische Felder ist unmöglich, außer bei so hohen Feldstärken, dass ein Durchbruch erfolgt.
Durch thermische Anregung gelangen einige Elektronen über die Bandlücke in das leere
Leitungsband und führen zu einer endlichen Leitfähigkeit.
Abb. 4.7: Zur Leitfähigkeit von Metallen
4 Halbleiter I: Gleichgewicht F. Falk, Photovoltaik WS 2010/11