作业帮不同晶向的硅在哪方面有哪些区别
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/11/30 19:49:02
不同晶向的硅在哪方面有哪些区别
不同晶向的硅在哪方面有哪些区别
不同晶向的硅在哪方面有哪些区别
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.