与晶体对应的,原子或分子无规则排列,无周期性无对称性的固体叫非晶,如玻璃,非晶碳。一般,无定型就是非晶 英语叫amorphous,也有人叫glass(玻璃态).
非晶无规则排列,无周期无对称特征,原子排列无序,没有一定的晶格常数,描叙结构特点的只有径向分布函数,这是个统计的量。我们不知道具体确定的晶格常数,我们总可以知道面间距的统计分布情况吧。非晶有很多诱人的特性,因为它的应力应变曲线很特别。从液态到到固态有个成核长大的过程,我不让他成核呢,直接到固态,得到非晶,这需要很快的冷却速度。所以各路人马一方面在拼命提高冷却速度,一方面在不断寻找新的合金配方,因为不同的合金配方有不同的非晶形成能力,通常有Tg参数表征,叫玻璃化温度。非晶没有晶粒,也就没有晶界一说。也有人曾跟我说过非晶可以看成有晶界组成。那么另一方面,我让他成核,不让他长大呢,不就成了纳米晶。
(以上内容是我很久以前摘录的,当时没有注明出处,好像转自《小木虫》,如果你对科学技术感兴趣,可以网上搜索这个网站,你可以学到很多有用的知识)
高纯的单晶硅棒是单晶硅太阳电池的原料,硅纯度要求99.999%。单晶硅太阳电池是当前开发得最快的一种太阳电池,它的构和生产工艺已定型,产品已广泛用于空间和地面。为了降低生产成本,现在地面应用的太阳电池等采用太阳能级的单晶硅棒,材料性能指标有所放宽。有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料,经过复拉制成太阳电池专用的单晶硅棒。单晶硅是转化太阳能、电能的主要材料。在日常生活里,单晶硅可以说无处不在,电视、电脑、冰箱、电话、汽车等等,处处离不开单晶硅材料;在高科技领域,航天飞机、宇宙飞船、人造卫星的制造,单晶硅同样是必不可少的原材料。
在科学技术飞速发展的今天,利用单晶硅所生产的太阳能电池可以直接把太阳能转化为光能,实现了迈向绿色能源革命的开始。现在,国外的太阳能光伏电站已经到了理论成熟阶段,正在向实际应用阶段过渡,太阳能单晶硅的利用将普及到全世界范围,市场需求量不言而喻。
直拉硅单晶广泛应用于集成电路和中小功率器件。区域熔单晶目前主要用于大功率半导体器件,比如整流二极管,硅可控整流器,大功率晶体管等。
区熔(NTD)单晶硅可生产直径范围为:Φ1.5〃- Φ4〃。
直拉单晶硅可生产直径范围为:Φ2〃-Φ8〃。
硅单晶被称为现代信息社会的基石。硅单晶按照制备工艺的不同可分为直拉(CZ)单晶硅和区熔(FZ)单晶硅,直拉单晶硅被广泛应用于微电子领域,微电子技术的飞速发展,使人类社会进入了信息化时代,被称为硅片引起的第一次革命。区熔单晶硅是利用悬浮区熔技术制备的单晶硅。它的用途主要包括以下几个方面。
1、制作电力电子器件
电力电子技术是实现电力管理,提高电功效率的关键技术。飞速发展的电力电子被称为“硅片引起的第二次革命”,大多数电力电子器件是用区熔单晶硅制作的。电力电子器件包括普通晶闸管(SCR)、电力晶体管GTR、GTO以及第三代新型电力电子器件——功率场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)以及功率集成电路(PIC)等,广泛应用于高压直流输电、静止无功补偿、电力机车牵引、交直流电力传动、电解、励磁、电加热、高性能交直流电源等电力系统和电气工程中。制作电力电子器件,是区熔单晶硅的传统市场,也是本项目产品的市场基础。
2、制作高效率太阳能光伏电池
太阳能目前已经成为最受关注的绿色能源产业。美国、欧洲、日本都制定了大力促进本国太阳能产业发展的政策,我国也于2005年3月份通过了《可再生能源法》。这些措施极大地促进了太阳能电池产业的发展。据统计,从1998—2004年,国际太阳能光伏电池的市场一直保持高速增长的态势,年平均增长速度达到30%,预计到2010年,仍将保持至少25%的增长速度。
晶体硅是目前应用最成熟,最广泛的太阳能电池材料,占光伏产业的85%以上。美国SunPower公司最近开发出利用区熔硅制作太阳能电池技术,其产业化规模光电转换效率达到20%,为目前产业化最高水平,其综合性价比超过直拉单晶硅太阳能电池(光电转换效率为15%)和多晶硅太阳能电池(光电转换效率为12%)。这项新技术将会极大地扩展区熔硅单晶的市场空间。据估计,到2010年,其总的市场规模到将达到电力电子需求规模,这是本项目新的市场机会。
3、制作射频器件和微电子机械系统(MEMS)
区熔单晶还可以用来制作部分分立器件。另外采用高阻区熔硅制造微波单片集成电路(MMIC)以及微电子机械系统(MEMS)等高端微电子器件,被广泛应用于微波通讯、雷达、导航、测控、医学等领域,显示出巨大的应用前景。这也是区熔单晶的又一个新兴的市场机会。
4、制作各种探测器、传感器,远红外窗口
探测器、传感器是工业自动化的关键元器件,被广泛应用于光探测、光纤通讯、工业自动化控制系统中以及医疗、军事、电讯、工业自动化等领域。高纯的区熔硅单晶是制作各种探测器、传感器的关键原材料,其市场增长趋势也很明显。
太阳能电池的原理
太阳光照在半导体p-n结上,形成新的空穴-电子对,在p-n结电场的作用下,空穴由n区流向p区,电子由p区流向n区,接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。
太阳能发电方式太阳能发电有两种方式
一种是光—热—电转换方式,另一种是光—电直接转换方式。
太阳能电池的分类
太阳能电池按结晶状态可分为结晶系薄膜式和非结晶系薄膜式(以下表示为a-)两大类,而前者又分为单结晶形和多结晶形。
按材料可分为硅薄膜形、化合物半导体薄膜形和有机膜形,而化合物半导体薄膜形又分为非结晶形(a-Si:H,a-Si:H:F,a-SixGel-x:H等)、ⅢV族(GaAs,InP等)、ⅡⅥ族(Cds系)和磷化锌 (Zn 3 p 2 )等。
太阳能电池根据所用材料的不同,太阳能电池还可分为:硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池四大类,其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的,在应用中居主导地位。
(1) 硅太阳能电池
硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。
(2) 多元化合物薄膜太阳能电池
多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐,其主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜电池等。
(3) 聚合物多层修饰电极型太阳能电池
以有机聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池制造的研究方向。由于有机材料柔性好,制作容易,材料来源广泛,成本底等优势,从而对大规模利用太阳能,提供廉价电能具有重要意义。但以有机材料制备太阳能电池的研究仅仅刚开始,不论是使用寿命,还是电池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比。能否发展成为具有实用意义的产品,还有待于进一步研究探索。
(4) 纳米晶太阳能电池
纳米TiO2晶体化学能太阳能电池是新近发展的,优点在于它廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能。其光电效率稳定在10%以上,制作成本仅为硅太阳电池的1/5~1/10.寿命能达到2O年以上。
光与非晶态半导体作用所产生的光吸收包括本征吸收、 激子吸收、 自由载流子吸收、 声子吸收及杂质吸收等, 由于吸收方式不同, 它们分别发生在不同的光谱波段。
本征吸收
当用能量足够大的光子照射某种非品态半导体时, 可其价带中电子吸收光子后跃迁到导带, 形成电子 一空穴对,种带问跃迁吸收是本征吸收。由于非晶态半导体不具有长有序, 简约波矢 k 不再是电子态的好量子数 , 故电子的跃迁受准动量守恒的限制。
激子吸收
实验发现, 在本征吸收的长波边缘有一系列吸收线, 它们对应激子吸收线。这些吸收线不像本征吸收那样伴有光电导, 说明受激电子并未进入导带形成 自由电子, 而是与留下的空穴束缚在一起形成电子一空穴对, 即激子。这种光吸收叫做激子吸收。理论极限上, 可以区分两种不同类型的激子幢,即弗仑克尔( F r e n k d) 激子和万尼尔激子。在弗仑克尔激子情况下, 电子和空穴形成一个点偶极矩, 电子 一空穴间距离和晶格常数相近。弗仑克尔激子常出现在绝缘体和分子 晶体中, 并伴随着强烈的电子一声子相互作用。在万尼尔激子情况下电子和空穴间相互作用较弱, 电子和空穴相距远大于晶格常数, 电子沿束缚或非束缚的类氢轨道绕空穴转动, 通常在非晶态半导体中碰到的下正是这种激子。激子的能态与氢原子的相似, 由一系列能级组成, 位于导带带尾附近。激子可以在非晶半导体中一处运动到另一处, 很易演变成亚稳态D与 D 一 对。
自由载流子吸收
自由载流子吸收是重要的和最普通的一种带内电子跃迁 光吸收过程。当入射光子能量不够高, 不足以引起带间跃迁或激子吸收时, 可以发生自由载流子在同一能带中的跃迁吸 收, 称做自由载流子吸收。自由载流子吸收光谱的特点在于 吸收曲线无明显结构和随波长的单调增加, 当其吸收谱位于红外和微波波段在一定范围内变化时, 某些材料对同一光子能量的吸收系数与其直流电导率成正比, 说明这种吸收是自由载流子吸收引起的。
声子吸收
晶态半导体在红外波具有由于光子与晶格振动相互作用引起的吸收区域, 被晶格吸收的光子能量转变成为晶格原子的振动能。对非晶态半导体, 在红外波段也存在着类似的光吸收。这是一种入射光子与非晶半导体的网格的相互作用,引起网格振动模式的光吸收。以 a —S i : H为例, 材料中存在着 S i l l、 S i H 2 、 S i H 3 及( s i H) 等各种组态, 其红外吸收谱就是这 些组态振动能量间的跃迁所引起的吸收光谱。
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