单晶硅与多晶硅地区别、功能及优缺点.docx

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1、单晶硅与多晶硅的区分、功能及优缺点单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，且随温度上升而增加，具有半导体性质。单晶硅在日常生活中是电子计算机、自动掌握系统等现代科学技术中不行缺少的根本材 料。电视、电脑、冰箱、 、手表、汽车，处处都离不开单晶硅材料，单晶硅作为科技应用普及材料之一，已经渗透到人们生活中的各个角落。单晶硅在火星上是火星探测器中太阳能转换器的制成材料。火星探测器在火星上的能量全部来自太阳光，探测器白天休息-利用太阳能电池板把光能转化为电能存储起来，晚上则进展科学争论活动。也就是说，

2、只要有了单晶硅，在太阳光照到的地方，就有了能量来源单晶硅在太空中是航天飞机、宇宙飞船、人造卫星必不行少的原材料。人类在制服宇宙 的征途上，所取得的每一步进步，都有着单晶硅的身影。航天器材大局部的零部件都要以单 晶硅为根底。离开单晶硅，卫星会没有能源，没有单晶硅，航天飞机和宇航员不会和地球取得联系，单晶硅作为人类科技进步的基石，为人类制服太空作出了不行磨灭的奉献。单晶硅在太阳能电池中得到广泛的应用。高纯的单晶硅是重要的半导体材料，在光伏技术和微小型半导体逆变器技术飞速进展的今日，利用硅单晶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头。单晶硅太阳能电池的特点：1.光电

3、转换效率高，牢靠性高； 2.先进的集中技术，保证片内各处转换效率的均匀性； 3.运用先进的 PECVD 成膜技术，在电池外表镀上深蓝色的氮化硅减反射膜，颜色均匀美观； 4.应用高品质的金属浆料制作背场和电极，确保良好的导电性。单晶硅宽阔的应用领域和良好的进展前景北京2023 年奥运会将把“绿色奥运“做为重要展现面对全世界呈现，单晶硅的利用在其中将是格外重要的一环。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，太阳能硅单晶的利用将是普及到全世界范围，市场需求量不言而喻。单晶硅的提炼：纯度不高的单质硅可用金属镁或铝复原二氧化硅制得，但这是无定形硅。晶形硅则要在电弧炉内用碳

4、复原二氧化硅制得，它可用来生产硅钢片。用作半导体的超纯硅 的制法则是先用纯度不高的硅与氯化氢和氯气的混合物作用，制取三氯氢硅，并用精馏法提 纯。然后在复原炉内用纯氢将三氯氢硅复原，硅就沉积在用超纯硅制成的细芯上，这样制得 的超纯硅称为多晶硅，把它放在单晶炉内，就可拉制成单晶硅，可用作半导体材料，它的来源丰富，价格廉价，大局部半导体材料都用硅。多晶硅多晶硅是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格 形态排列成很多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶 成多晶硅。多晶硅可作拉制单晶硅的原料，多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。例如，在

5、力学性质、光学性质和热学性质的各向异性方面，远不如单晶硅明显；在电学性质方面，多晶硅晶体的导电性也远不如单晶硅显著，甚至于几乎没有导电性。在化学活性方面， 两者的差异微小。多晶硅和单晶硅可从外观上加以区分，但真正的鉴别须通过分析测定晶体 的晶面方向、导电类型和电阻率等。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，可做成太阳能芯片，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。多晶硅具有金刚石晶格， 晶体硬而脆，具有金属光泽，能导电，但导电率不及金属，且随温度上升而增加，具有半

6、导体性质。晶态硅的熔点 1410,沸点 2355,密无定形硅是一种黑灰色的粉末。多晶硅被喻为微电子产业和光伏产业的“基石“，它是跨化工、冶金、机械、电子等多学 科、多领域的高技术产品，是半导体、大规模集成电路和太阳能电池产业的重要根底原材 料，是硅产品产业链中极为重要的中间产品。它的进展与应用水平，已经成为衡量一个国家 综合国力、国防实力和现代化水平的重要标志。据了解，目前国内生产多晶硅产品的厂家为 数很少，远远无法满足国内微电子产业和太阳能电池产业的高速进展。随着我国集成电路、硅片生产和太阳能电池产业的进展，多晶硅在国内国际市场需求巨大，价格不断攀升多晶硅性质：灰色金属光泽。密度 2.322

7、.34。熔点 1410。沸点 2355。溶于氢氟酸和硝酸的混酸中，不溶于水、硝酸和盐酸。硬度介于锗和石英之间，室温下质脆，切割时易碎裂。加热至 800以上即有延性，1300时显出明显变形。常温下不活泼，高温下与氧、氮、硫等反响。高温熔融状态下，具有较大的化学活泼性，能与几乎任何材料作用。具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料，但微量的杂质即可大大影响其导电性。电子工业中广泛 用于制造半导体收音机、录音机、电冰箱、彩电、录像机、电子计算机等的根底材料。由枯燥硅粉与枯燥氯化氢气体在肯定条件下氯化，再经冷凝、精馏、复原而得。多晶硅是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石

8、晶格 形态排列成很多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶 成多晶硅。多晶硅可作拉制单晶硅的原料，多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。例如，在力学性质、光学性质和热学性质的各向异性方面，远不如单晶硅明显；在电学性质方面，多晶硅晶体的导电性也远不如单晶硅显著，甚至于几乎没有导电性。在化学活性方面， 两者的差异微小。多晶硅和单晶硅可从外观上加以区分，但真正的鉴别须通过分析测定晶体 的晶面方向、导电类型和电阻率等。，供不应求，进展前景格外宽阔。正由于如此，很多人 都说，谁把握了多晶硅及微电子技术，谁就把握了世界。名称： 单晶硅英文名： Monocrystallin

9、e silicon 分子式： Si硅的单晶体。具有根本完整的点阵构造的晶体。不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料。纯度要求到达 99.9999，甚至到达 99.9999999以上。用于制造半导体器件、太阳能电池等。用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成。熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成很多晶核，假设这些晶核长成晶面取向一样的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。单晶硅具有准金属的物理性质，有较弱的导电性，其电导率随温度的上升而增加，有显著的半导电性。超纯的单晶硅是本征半导体。在超纯单晶硅中掺入微量的A 族元素，如硼可提高其导电的程度，而形成p 型硅半导体；如掺入微量的A

10、 族元素，如磷或砷也可提高导电程度，形成n 型硅半导体。单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅，然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。单晶硅主要用于制作半导体元件。用途： 是制造半导体硅器件的原料，用于制大功率整流器、大功率晶体管、二极管、开关器件等。单晶硅是一种比较活泼的非金属元素，是晶体材料的重要组成局部，处于材料进展的 前沿。其主要用途是用作半导体材料和利用太阳能光伏发电、供热等。由于太阳能具有清洁、环保、便利等诸多优势，近三十年来，太阳能利用技术在争论开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足进展，成为世界快速、稳定进展的兴产业之一。单晶硅建设工程具有巨大的市场和宽阔的进

11、展空间。在地壳中含量达25.8%的硅元素， 为单晶硅的生产供给了取之不尽的源泉。近年来，各种晶体材料，特别是以单晶硅为代表的高科技附加值材料及其相关高技术产业的进展，成为当代信息技术产业的支柱，并使信息产业成为全球经济进展中增长最快的先导产业。单晶硅作为一种极具潜能，亟待开发利用的高科技资源，正引起越来越多的关注和重视。在太阳能利用上，单晶硅和多晶硅也发挥着巨大的作用。虽然从目前来讲，要使太阳能 发电具有较大的市场，被宽阔的消费者承受，就必需提高太阳电池的光电转换效率，降低生 产本钱。从目前国际太阳电池的进展过程可以看出其进展趋势为单晶硅、多晶硅、带状硅、薄膜材料包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜

12、及染料薄膜。从工业化进展来看，重心由单晶向多晶硅和薄膜方向进展，主要缘由为： A.可供给太阳电池的头尾料愈来愈少；B. 对太阳电池来讲，方形基片更合算，通过浇铸法和直接凝固法所获得的多晶硅可直接获得方形材料；C. 多晶硅的生产工艺不断取得进展，全自动浇铸炉每生产周期50 小时可生产 200 公斤以上的硅锭，晶粒的尺寸到达厘米级；D. 由于近十年单晶硅工艺的争论与进展很快，其中工艺也被应用于多晶硅电池的生产，例如 选择腐蚀放射结、背外表场、腐蚀绒面、外表和体钝化、细金属栅电极，承受丝网印刷技术可使栅电极的宽度降低到 50 微米，高度到达 15 微米以上，快速热退火技术用于多晶硅的生产可大大缩短工

13、艺时间，单片热工序时间可在一分钟之内完成，承受该工艺在 100 平方厘米的多晶硅片上作出的电池转换效率超过14。据报道，目前在5060 微米多晶硅衬底上制作的电池效率超过16。利用机械刻槽、丝网印刷技术在100 平方厘米多晶上效率超过17， 无机械刻槽在同样面积上效率到达 16，承受埋栅构造，机械刻槽在130 平方厘米的多晶上电池效率到达 15.8。(1) 单晶硅太阳能电池目前单晶硅太阳能电池的光电转换效率为17%左右，最高的到达 24，这是目前全部种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，但制作本钱很大，以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。由于单晶硅一般承受钢化玻璃以及防水树脂进展封装，因此其

14、结实耐用，使用寿命最高可达 25 年。(2) 多晶硅太阳能电池多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效 率则要降低不少，其光电转换效率约15左右。 从制作本钱上来讲，比单晶硅太阳能电池要廉价一些，材料制造简便，节约电耗，总的生产本钱较低，因此得到大量进展。此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。从性能价格比来讲，单晶硅太阳能 电池还略好。(3) 非晶硅太阳能电池(薄膜式太阳电池)非晶硅太阳电池是 1976 年消灭的型薄膜式太阳电池，它与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完全不同，工艺过程大大简化，硅材料消耗很少，电耗更低，它的主要优点是在弱光条件也能发电。但非晶硅太阳电池存在的主要问题是光电转换效率偏低，目前国际先进水平 为 10左右，且不够稳定，随着时间的延长，其转换效率衰减。