瀏覽數(shù)量: 1410 作者: 本站編輯 發(fā)布時間: 2017-12-24 來源: 本站
一、單晶硅太陽能電池
名 稱:單晶硅
英文名: Monocrystalline silicon
單晶硅是一種比較活潑的非金屬元素,是晶體材料的重要組成部分。硅的單晶體,具有基本完整的點陣結(jié)構(gòu)的晶體。不同的方向具有不同的性質(zhì),是一種良好的半導材料。純度要求達到99.9999%,甚至達到99.9999999%以上。用于制造半導體器件、太陽能電池等。用高純度的多晶硅在單晶爐內(nèi)拉制而成。
熔融的單質(zhì)硅在凝固時硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核,如果這些晶核長成晶面取向相同的晶粒,則這些晶粒平行結(jié)合起來便結(jié)晶成單晶硅。單晶硅具有準金屬的物理性質(zhì),有較弱的導電性,其電導率隨溫度的升高而增加,有顯著的半導電性。超純的單晶硅是本征半導體。在超純單晶硅中摻入微量的ⅢA族元素,如硼可提高其導電的程度,而形成p型硅半導體;如摻入微量的ⅤA族元素,如磷或砷也可提高導電程度,形成n型硅半導體。單晶硅的制通常是先制得多晶硅或無定形硅,然后用直拉法或懸浮區(qū)熔法從熔體中生長出棒狀單晶硅。單晶硅主要用于制作半導體元件。
光隸新能源的光能電波路燈都是采用多晶硅發(fā)電板:
用 途:是制造半導體硅器件的原料,用于制大功率整流器、大功率晶體管、二極管、開關(guān)器件等。
二、多晶硅太陽能電池
名 稱:多晶硅
英文名:polycrystalline silicon
性質(zhì):灰色金屬光澤。密度2.32~2.34。熔點1410℃。沸點2355℃。溶于氫氟酸和硝酸的混酸中,不溶于水、硝酸和鹽酸。硬度介于鍺和石英之間,室溫下質(zhì)脆,切割時易碎裂。加熱至800℃以上即有延性,1300℃時顯出明顯變形。常溫下不活潑,高溫下與氧、氮、硫等反應(yīng)。高溫熔融狀態(tài)下,具有較大的化學活潑性,能與幾乎任何材料作用。具有半導體性質(zhì),是極為重要的優(yōu)良半導體材料,但微量的雜質(zhì)即可大大影響其導電性。
多晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài)。熔融的單質(zhì)硅在過冷條件下凝固時,硅原子以金剛石晶格形態(tài)排列成許多晶核,如這些晶核長成晶面取向不同的晶粒,則這些晶粒結(jié)合起來,就結(jié)晶成多晶硅。多晶硅可作拉制單晶硅的原料,多晶硅與單晶硅的差異主要表現(xiàn)在物理性質(zhì)方面。
用途:電子工業(yè)中廣泛用于制造半導體收音機、錄音機、電冰箱、彩電、錄像機、電子計算機等的基礎(chǔ)材料。由干燥硅粉與干燥氯化氫氣體在一定條件下氯化,再經(jīng)冷凝、精餾、還原而得。
三、非晶硅太陽電池
名 稱:非晶硅
英文名:amorphous silicon
物理性質(zhì):非晶硅是一種直接能帶半導體,它的結(jié)構(gòu)內(nèi)部有許多所謂的“懸鍵”,也就是沒有和周圍的硅原子成鍵的電子,這些電子在電場作用下就可以產(chǎn)生電流,并不需要聲子的幫助,因而非晶硅可以做得很薄,還有制作成本低的優(yōu)點.
制備方法:由非晶態(tài)合金的制備知道,要獲得非晶態(tài),需要有高的冷卻速率,而對冷卻速率的具體要求隨材料而定。硅要求有極高的冷卻速率,用液態(tài)快速淬火的方法目前還無法得到非晶態(tài)。近年來,發(fā)展了許多種氣相淀積非晶態(tài)硅膜的技術(shù),其中包括真空蒸發(fā)、輝光放電、濺射及化學氣相淀積等方法。一般所用的主要原料是單硅烷(SiH4)、二硅烷(Si2H6)、四氟化硅(SiF4)等,純度要求很高。
用途:可以制成非晶硅場效應(yīng)晶體管;用于液晶顯示器件、集成式a—Si倒相器、集成式圖象傳感器、以及雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器等器件中作為非線性器件;利用非晶硅膜可以制成各種光敏、位敏、力敏、熱敏等傳感器;利用非晶硅膜制做靜電復印感光膜,不僅復印速率會大大提高,而且圖象清晰,使用壽命長;等等。
非晶硅太陽電池是1976年有出現(xiàn)的新型薄膜式太陽電池,它與單晶硅和多晶硅太陽電池的制作方法完全不同,硅材料消耗很少,電耗更低,非常吸引人。制造非晶硅太陽電池的方法有多種,最常見的是輝光放電法,還有反應(yīng)濺射法、化學氣相沉積法、電子束蒸發(fā)法和熱分解硅烷法等。輝光放電法是將一石英容器抽成真空,充入氫氣或氬氣稀釋的硅烷,用射頻電源加熱,使硅烷電離,形成等離子體。非晶硅膜就沉積在被加熱的襯底上。若硅烷中摻人適量的氫化磷或氫化硼,即可得到N型或P型的非晶硅膜。襯底材料一般用玻璃或不銹鋼板。這種制備非晶硅薄膜的工藝,主要取決于嚴格控制氣壓、流速和射頻功率,對襯底的溫度也很重要。非晶硅太陽電池的結(jié)構(gòu)有各種不同,其中有一種較好的結(jié)構(gòu)叫PiN電池,它是在襯底上先沉積一層摻磷的N型非晶硅,再沉積一層未摻雜的i層,然后再沉積一層摻硼的P型非晶硅,最后用電子束蒸發(fā)一層減反射膜,并蒸鍍銀電極。此種制作工藝,可以采用一連串沉積室,在生產(chǎn)中構(gòu)成連續(xù)程序,以實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。同時,非晶硅太陽電池很薄,可以制成疊層式,或采用集成電路的方法制造,在一個平面上,用適當?shù)难谀9に?,一次制作多個串聯(lián)電池,以獲得較高的電壓。因為普通晶體硅太陽電池單個只有0.5伏左右的電壓,現(xiàn)在日本生產(chǎn)的非晶硅串聯(lián)太陽電池可達2.4伏。目前非晶硅太陽電池存在的問題是光電轉(zhuǎn)換效率偏低,國際先進水平為10%左右,且不夠穩(wěn)定,常有轉(zhuǎn)換效率衰降的現(xiàn)象,所以尚未大量用于作大型太陽能電源,而多半用于弱光電源,如袖珍式電子計算器、電子鐘表及復印機等方面。估計效率衰降問題克服后,非晶硅太陽電池將促進太陽能利用的大發(fā)展,因為它成本低,重量輕,應(yīng)用更為方便,它可以與房屋的屋面結(jié)合構(gòu)成住戶的獨立電源。
在猛烈陽光底下,晶體式太陽能電池板較非晶體式能夠轉(zhuǎn)化多一倍以上的太陽能為電能,但可惜晶體式的價格比非晶體式的昂貴兩三倍以上,而且在陰天的情況下非晶體式反而與晶體式能夠收集到差不多一樣多的太陽能。
四、區(qū)別單晶體和多晶體?
當熔融的單質(zhì)硅凝固時,硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核,如果這些晶核長成晶面取向相同的晶粒,則形成單晶硅。如果這些晶核長成晶面取向不同的晶粒,則形成多晶硅。多晶硅與單晶硅的差異主要表現(xiàn)在物理性質(zhì)方面。例如在力學性質(zhì)、電學性質(zhì)等方面,多晶硅均不如單晶硅。多晶硅可作為拉制單晶硅的原料。單晶硅可算得上是世界上最純凈的物質(zhì)了,一般的半導體器件要求硅的純度六個9以上。大規(guī)模集成電路的要求更高,硅的純度必須達到九個9。目前,人們已經(jīng)能制造出純度為十二個9 的單晶硅。單晶硅是電子計算機、自動控制系統(tǒng)等現(xiàn)代科學技術(shù)中不可缺少的基本材料。
有的晶體是由許許多多的小晶粒組成,若晶粒之間的排列沒有規(guī)則,這種晶體稱之為多晶體,如金屬銅和鐵。但也有晶體本身就是一個完整的大晶粒,這種晶體稱之為單晶體,如水晶和晶剛石。
五、單晶硅與多晶硅光伏電池的比較?
單晶硅電池具有電池轉(zhuǎn)換效率高,穩(wěn)定性好,但是成本較高。多晶硅電池成本低,轉(zhuǎn)換效率略低于直拉單晶硅太陽能電池,材料中的各種缺陷,如晶界、位錯、微缺陷,和材料中的雜質(zhì)碳和氧,以及工藝過程中玷污的過渡族金屬 。
(1)單晶硅太陽能和光能電池
目前單晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為15%左右,這是目前所有種類的太陽能和光能電池中光電轉(zhuǎn)換效率最高的,但制作成本很大,以致于它還不能被大量廣泛和普遍地使用。光隸新能源研發(fā)的光能微光路燈就是用單晶硅電池,由于單晶硅一般采用鋼化玻璃以及防水樹脂進行封裝,因此其堅固耐用,使用壽命一般可達15年,最高可達25年。
(2)多晶硅太陽能電池
多晶硅太陽電池的制作工藝與單晶硅太陽電池差不多,但是多晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率則要降低不少,其光電轉(zhuǎn)換效率約12%左右 (2004年7月1日日本夏普上市效率為14.8%的世界最高效率多晶硅太陽能電池)。 從制作成本上來講,比單晶硅太陽能電池要便宜一些,材料制造簡便,節(jié)約電耗,總的生產(chǎn)成本較低,因此得到大量發(fā)展。此外,多晶硅太陽能電池的使用壽命也要比單晶硅太陽能電池短。從性能價格比來講,單晶硅太陽能電池還略好。
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