硅材料及其光伏应用

《硅材料及其光伏应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、一、硅材料简介硅——周期表中位置Si铝硅磷Si：原子序数14，在元素周期表中属3周期IVA族。原子量28，最外层电子3S23P2，化合价4。碳硅锗AlCPGe硅——物理性质硅——英文名Silicon，源自silex，意为“燧石”；港、台也称“矽”。发现于1823年，地壳中的丰度为27.7%——地球上第二多的元素，与氧结合形成的SiO2，占地壳总质量的87%。以大量的硅酸盐和石英矿形式存在于自然界中。是矿物界的主要元素。单质具有无定形态和晶体两种固体形式。晶体硅的熔点1410℃，沸点2355℃，密度2.32~2.

2、34g/cm3，莫氏硬度7，性脆。晶体硅硬而脆，具有金属光泽，导电率随温度升高而增加，具有半导体性质。硅——化学性质硅在常温下不活泼，其主要的化学性质如下：(1)与非金属作用常温下Si只能与F2反应，在F2中瞬间燃烧，生成SiF4。加热时，能与其它卤素反应生成卤化硅，与氧反应生成SiO2。在高温下，硅与碳、氮、硫等非金属单质化合，分别生成碳化硅SiC、氮化硅Si3N4、硫化硅SiS2等。(2)与酸作用Si在含氧酸中可被钝化；与氢氟酸及其混合酸反应，生成SiF4或H2SiF6。(3)与碱作用无定形硅能与碱猛烈反应

3、生成可溶性硅酸盐，并放出氢气。(4)与金属作用硅能与钙、镁、铜、铁、铂、铋等化合，生成相应的金属硅化物。硅——图示硅石金属硅石英砂单晶硅片多晶硅片硅的用途主要作为一种功能材料而利用其电学性能晶体管和可控硅等分离电子元件大规模和超大规模集成电路（IC）太阳电池片其他用途光缆通讯：利用高纯掺杂的SiO2制造玻璃光纤各种硅添加剂：钢铁：变压器用（硅）矽钢片铝型材：铝硅合金化妆品：洁面乳中的研磨剂其他二、太阳电池简介光线在物体中的作用物体对入射光的反射、折射和吸收入射光反射光(折)透射光(被)吸收光物体对光的吸收吸收率

4、光能的一部分可被物体吸收。吸收率与物体厚度有关。如果入射光的能量为I0，则在离表面距离x处，光的能量衰减为II=I0e-αx式中α为物体的吸收系数。上式表示光在物体中传播I/α距离时，能量因吸收而衰减到原来的1/e。I0Ix半导体材料的光吸收光电导现象半导体材料的吸收系数较大，一般在1×105cm-1以上。能够强烈吸收光的能量。半导体原子中的电子吸收能量，能态发生变化，产生电子跃迁：1、吸收少量能量，电子未离开其平衡位置，能量作用于晶格，最终光能转变为热能；2、如果吸收能量较大，电子跃迁离开原子核束缚。从而产生

5、电子-空穴对。称为半导体的本征吸收。在状态2时，半导体材料中的光吸收导致了非平衡载流子产生，总的载流子浓度增加，电导率增大，这就是半导体材料的光电导现象-光敏特性。光生伏特效应半导体的光伏效应在P、N型半导体的接触界面处存在一个因扩散和飘移而形成的平衡电场。如果入射光照射在半导体上，在p-n结附近将产生电子-空穴对。这些非平衡载流子向内建电场两端的移动，就产生了光生电势（电压）。这时如果将p-n结和外电路连接，则电路中出现电流，称为光生伏特现象或光生伏特效应。光伏效应是光(太阳)电池工作的基本原理。太阳能地球上

6、一切能量都是太阳能的不同表现形式太阳与地球太阳直径：1.39×106km体积：1.408×1018m3质量：1.989×1030kg地球平均直径：1.268×104km体积：1.0832×1012m3质量：5.9742×1024kg距离：1.49×108km（平均值）太阳能量太阳构成太阳是由炽热气体构成的一个巨大球体太阳主要由氢和氦组成，其中氢71%，氦27%太阳中心温度约为1700万℃，表面温度接近5800℃太阳能太阳内部不停地进行由氢向氦的热核聚变，巨大能量不断向宇宙幅射幅射能：3.6×1023kW/s22

7、亿分之一到达地球，70%到达地面地面(1.8×1018kW·h)，相当于1.3×106吨标准煤太阳能进入地球反射散射吸收大气层太阳能优势与石油、煤、核能和天燃气相比较不产生有害废渣和有害气体，不污染环境不受地域和资源的限制，使用方便且安全储量几乎是无限的，属于可再生资源因此，太阳能的研究和应用是今后人类社会能源发展的主要方向之一太阳内部的热核反应还可进行6×1010（60亿）年对于人类的短暂历史而言，太阳能是“取之不尽，用之不竭”的清洁能源！太阳能利用方式一、光化学转化太阳光照射下，物质发生化学或生物反应，从而

8、将太阳光能转化成为电能或生物能等形式*典型应用：植物的光合作用，农耕文明二、光热转化通过反射、吸收等方式收集太阳的幅射能，使之转化成热能*典型应用：太阳能热水器、太阳能灶、太阳能温室等三、光电转化利用光电转换器件将太阳能转化成电能*典型应用：太阳电池太阳电池分类晶体硅太阳电池多晶硅电池、单晶硅电池、带状硅电池薄膜太阳电池砷化镓、非晶硅、多晶硅、CdTe、CuInSe2等薄膜电池美军已使