光电效应能反过来用吗？光照发电的材料，通电也能发光吗？钙钛矿和硅晶光伏（PN结）能发光吗？

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光电效应能反过来用吗？光照发电的材料，通电也能发光吗？钙钛矿和硅晶光伏（PN结）能发光吗？
原文地址：https://www.zhihu.com/question/4650821389

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首先，这个半导体发光不叫光电效应。光电效应是任何金属，在通负电电压的情况下，向上打光，从而从金属中敲出电子的效应。
对于半导体发光，我并不了解。但是我的确听说过，发光二极管在同频光下能够产生电压这件事。

清风寡欲

能，理论上，直接带隙半导体的PN结，照光时J-V曲线工作再第四象限的，就是光电池，工作再第三象限的，就是光电二极管。不照光，工作再第一象限的，就是发光二极管。
问题是OPV和PD，还有LED，其内部结构优化方向是不一样的。

大力水手

如果不在乎效率的话，买几个LED串联起来放在太阳下就能产生一个比较小的电动势。


如果给光伏板加一个电压，光伏板确实会发光。但是一般情况下不在可见光频段，需要红外摄像机才能观察到。

长长的路

当然可以。
实际上，给太阳能电池片通电观察其发光情况，是光伏行业最常用的检测和品控手段之一：EL（Electroluminescence，电致发光）。EL可以不严谨地看做光电效应的逆过程。
正常的电池片EL检测时会发出均匀稳定的红外线，被专门的器材拍摄到。
如果电池片有问题，通电后就不能正常发光；反之也成立，光照后不能正常发电。所以EL可以快速准确地把电池片缺陷暴露出来。在网上找了一张图片，来源见水印：


2024.11.25

大力水手

电致发光是存在的。将电致发光描述为“光电效应反过来用”大概是有问题的。

• 电致发光：材料（通常是半导体材料）中的电子和空穴发生辐射复合，以光子的形式释放能量。
  
• 高中课本介绍的从金属敲出电子的光电效应是外光电效应，半导体的内光电效应包括光电导效应[1]和光生伏打效应（光伏效应）[2]。
  
• 光电效应和电致发光都是光电转换。但是，能够在光照下发电的具体材料可能需要特定的加工才能在通电且未红热时发出可见光。
  

以这问题列出的钙钛矿和硅为例，可以看看：

• 2018 年发表的关于钙钛矿 LED 的文献[3]；
  
• 2022 年发表的回顾钙钛矿 LED 发展的文献[4]；
  
• 2024 年 5 月发表的一篇文章报告了在 639 纳米处外量子效率达 24.2% 的纯红色钙钛矿 LED[5]；
  
• 2024 年 5 月发表的一篇文章报告了外量子效率突破 30% 的钙钛矿 LED，峰值效率 32.0%[6]；
  
• 2011 年发表的关于硅纳米晶/单晶硅异质结 LED 的文献[7]；
  
• 关于硅 LED 的新闻报道：用好奇心照亮未知领域（科技自立自强·青年科学家）
  

2011 年，攻读博士学位的狄大卫的研究方向是第三代太阳能电池。在一次实验中，他无意间发现量子点硅太阳能电池发出了红色的光，而根据经典理论，硅是发光禁阻的间接带隙半导体材料，通常不会发光。亮起来的太阳能电池，说明简单的量子调控可以使半导体材料的特性完全改变。

这道微弱的红光，激发了狄大卫对发光二极管的浓厚兴趣。暂时放下钻研多年的太阳能电池方向，狄大卫选择攻读物理学博士，研究有机发光二极管的器件物理。“很多人说我的两个研究方向正好相反，一个是将光能转化成电能，一个是将电能转化成光能。其实二者的共同点是通过半导体器件实现光电转换。”狄大卫说。

另外，看起来，特定的器件可以同时产生光电效应与电致发光。

• 可以参考专利 CN107123709A。