不同晶向的硅在哪方面有哪些区别

【专家解说】：硅以大量的硅酸盐矿和石英矿存在于自然界中。如果说碳是组成生物界的主要元素，那么，硅就是构成地球上矿物界的主要元素。 硅在地壳中的丰度为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%。 我们脚下的泥土、石头和沙子，我们使用的砖、瓦、水泥、玻璃和陶瓷等等，这些我们在日常生活中经常遇到的物质，都是硅的化合物。硅，真是遍布世界，俯拾即是的元素。 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。 硅有晶态和无定形两种同素异形体。晶态硅又分为单晶硅和多晶硅，它们均具有金刚石晶格，晶体硬而脆，具有金属光泽，能导电，但导电率不及金属，且随温度升高而增加，具有半导体性质。晶态硅的熔点1410C,沸点2355C,密无定形硅是一种黑灰色的粉末。 硅的化学性质 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. Si+F2 === Si+F4 加热时，能与其它卤素反应生成卤化硅，与氧反应生成SiO2: Si+2F2 SiF4 (X=Cl,Br,I) Si+O2 SiO2 (SiO2的微观结构) 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和硫化硅SiS2等. Si+C SiC 3Si+2N2 Si3N4 Si+2S SiS2 (2)与酸作用 Si在含氧酸中被钝化，但与氢氟酸及其混合酸反应，生成SiF4或H2SiF6: Si+4HF SiF4↑+2H2↑ 3Si+4HNO3+18HF === 3H2SiF6+4NO↑+8H2O (3)与碱作用 无定形硅能与碱猛烈反应生成可溶性硅酸盐，并放出氢气： Si+2NaOH+H2O === Na2SiO3+2H2↑ (4)与金属作用 硅还能与钙、镁、铜、铁、铂、铋等化合，生成相应的金属硅化物。 硅的用途 ①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；掺入微量的第VA族元素，形成n型和p型半导体结合在一起，就可做成太阳能电池，将辐射能转变为电能。在开发能源方面是一种很有前途的材料。 ②金属陶瓷、宇宙航行的重要材料。将陶瓷和金属混合烧结，制成金属陶瓷复合材料，它耐高温，富韧性，可以切割，既继承了金属和陶瓷的各自的优点，又弥补了两者的先天缺陷。 可应用于军事武器的制造 第一架航天飞机“哥伦比亚号”能抵挡住高速穿行稠密大气时磨擦产生的高温，全靠它那三万一千块硅瓦拼砌成的外壳。 ③光导纤维通信，最新的现代通信手段。用纯二氧化硅拉制出高透明度的玻璃纤维，激光在玻璃纤维的通路里，无数次的全反射向前传输，代替了笨重的电缆。光纤通信容量高，一根头发丝那么细的玻璃纤维，可以同时传输256路电话，它还不受电、磁干扰，不怕窃听，具有高度的保密性。光纤通信将会使 21世纪人类的生活发生革命性巨变。 聚氧硅材料的应用1 ④性能优异的硅有机化合物。例如有机硅塑料是极好的防水涂布材料。在地下铁道四壁喷涂有机硅，可以一劳永逸地解决渗水问题。在古文物、雕塑的外表，涂一层薄薄的有机硅塑料，可以防止青苔滋生，抵挡风吹雨淋和风化。天安门广场上的人民英雄纪念碑，便是经过有机硅塑料处理表面的，因此永远洁白、清新。 硅橡胶具有良好的绝缘改组，长期不龟裂、不老化，没有毒性，还可以作为医用高分子材料。 硅油，是一种很好的润滑剂，由于它的粘度受温度变化的影响小，流动性好，蒸气压低，在高温或寒冷的环境中都能使用。硅元素进入有机世界，将它优异的无机性质揉进有机物里，使有机硅化合物别具一格，开辟了新的领域。 晶体硅光电池 晶体硅光电池有单晶硅与多晶硅两大类，用P型（或n型）硅衬底，通过磷（或硼）扩散形成Pn结成制作，生产技术成熟，是光伏市场上的主导产品。采用埋层电极、表面钝化、强化陷光、密栅工艺、优化背电极及接触电极等技术，提高材料中的载流子收集效率，优化抗反肘膜、凹凸表面、高反射背电极等方式，光电转换效率有较大提高。单晶硅光电池面积有限，目前比较大的为 ∮10至 20cm的圆片，年产能力46MW/a。目前主要课题是继续扩大产业规模，开发带状硅光电池技术，提高材料利用率。国际公认最高效率在AM1.5条件下为24％，空间用高质量的效率在AMO条件约为13.5—18％地面用大量生产的在AM1条件下多在11—18％之间。以定向凝固法生长的铸造多晶硅锭代替＃晶硅，可降低成本，但效率较低。优化正背电极的银浆和铝浆丝网印刷，磨图抛工艺，千方百计进一步降成本，提高效率，大晶粒多晶硅光电池的转换效率最高达18.6%。 非晶硅光电池 a－Si（非晶硅）光电池一般采用高频辉光放电方法使硅烷气体分解沉积而成。由于外解沉积温度低，可在玻璃、不锈钢板、陶瓷板、柔性塑料片上沉积约1μm厚的薄膜，易于大面积化（05rn×l.0m），成本较低，多采用p in结构。为提高效率和改善稳定性，有时还制成三层P in等多层叠层式结构，或是插入一些过渡层。其商品化产量连续增长，年产能力45MW／a，10MW生产线已投入生产，全球市场用量每月在1千万片左右，居薄膜电池首位。发展集成型a－Si光电池组件，激光切割的使用有效面积达90％以上，小面积转换效率提高到 14.6％，大面积大量生产的为8－10％，叠层结构的最高效率为21％。研发动向是改善薄膜特性，精确设计光电池结构和控制各层厚度，改善各层之间界面状态，以求得高效率和高稳定性。 多晶硅光电池 P－Si（多晶硅，包括微品）光电池没有光致衰退效应，材料质量有所下降时也不会导致光电池受影响，是国际上正掀起的前沿性研究热点。在单晶硅衬底上用液相外延制备的p－Si光电池转换效率为15.3％，经减薄衬底，加强陷光等加工，可提高到23.7%，用CVD法制备的转换效率约为12.6—l7.3%。采用廉价衬底的p—si薄膜生长方法有PECVD和热丝法，或对a—si：H材料膜进行后退火，达到低温固相晶化，可分别制出效率9.8%和9.2%的无退化电池。微晶硅薄膜生长与a—si工艺相容，光电性能和稳定性很高，研究受到很大重视，但效率仅为7.7％大面积低温p—si膜与—si组成叠层电池结构，是提高比a—S光电池稳定性和转换效率的重要途径，可更充分利用太阳光谱，理论计算表明其效率可在28％以上，将使硅基薄膜光电池性能产生突破性进展。铜烟硒光电池 CIS（铜锁硒）薄膜光电池己成为国际先伏界研究开发的热门课题，它具有转换效率高（已达到17.7％），性能稳定，制造成本低的特点。CIS光电池一般是在玻璃或其它廉价衬底上分别沉积多层膜而构成的，厚度可做到2－3μrn，吸收层CIS膜对电池性能起着决定性作用。现已开发出反应共蒸法和硒化法（溅射、蒸发、电沉积等）两大类多种制备方法，其它外层通常采用真空蒸发或溅射成膜。阻碍其发展的原风是工艺重复性差，高效电池成品率低，材料组分较复杂，缺乏控制薄膜生长的分析仪器。CIS光电池正受到产业界重视，一些知名公司意识到它在未来能源市场中的前景和所处地位，积极扩人开发规模，着手组建中试线及制造厂。