硅以大量的硅酸盐矿和石英矿存在于自然界中。是构成地球上矿物界的主要元素,在地壳中的丰度为27.7%,在所有的元素中居第二位,地壳中含量最多的元素氧和硅结合形成的二氧化硅SiO2,占地壳总质量的87%。 单晶硅和多晶硅的区别是,当熔融的单质硅凝固时,硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核,如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒,则形成单晶硅。如果这些晶核长成晶面取向不同的晶粒,则形成多晶硅。
硅石(quartz stone)是脉石英、石英岩、石英砂岩的总称。主要用于冶金工业用的酸性耐火砖。纯硅石可作石英玻璃或提炼单晶硅。化学工业上用于制备硅化合物和硅酸盐,也可作硫酸塔的填充物。建材工业上用于玻璃、陶瓷、硅酸盐水泥等。可用作工业硅等铁合金冶炼的原材料。
晶体硅是原子晶体。
晶体硅材料是最主要的光伏材料,结构为金刚石结构。性质为带有金属光泽的灰黑色固体、熔点高(1410)、硬度大、有脆性、常温下化学性质不活泼。
其市场占有率在90%以上,而且在今后相当长的一段时期也依然是太阳能电池的主流材料。
用途
1, 半导体材料
由于硅半导体耐高电压、耐高温、晶带宽度大,比其它半导体材料有体积小、效率高、寿命长、可靠性强等优点,因此被广泛用于电子工业集成电路的生产中。
高纯的单晶硅是重要的半导体材料。在单晶硅中掺入微量的第IIIA族元素,形成P型硅半导体另外广泛应用的二极管、三极管、晶闸管和各种集成电路(包括我们计算机内的芯片和CPU)都是用硅做的原材料。
2, 太阳能光伏电池板
多晶硅可以直接用于制造太阳能光伏电池板,或加工成单晶硅后再用于制造光伏电池板。先将硅料铸锭、切片或直接用单晶硅棒切片,再通过在硅片上掺杂和扩散形成PN结,然后采用丝网印刷法,将银浆印在硅片上做成栅线,经过烧结,同时制成背电极,并在有栅线的面上涂减反射膜等一系列工艺加工成太阳能电池单体片,最后按需要组装成太阳能电池板。
目前,硅光伏电池占世界光伏电池总产量的98% 以上,其中多晶硅电池约占55% ,单晶硅电池约占36% ,其它硅材料电池约占70%。由于多晶硅光伏电池的制造成本较低,光电转换效率较高(接近20%),因而得到快速发展。
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