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标题: 非晶硅 [打印本页]

作者: colimae 时间: 2014-6-18 19:58
标题: 非晶硅
amorphous silicon α-Si 又称无定形硅。单质硅的一种形态。棕黑色或灰黑色的微晶体。硅不具有完整的金刚石晶胞，纯度不高。熔点、密度和硬度也明显低于晶体硅。非晶硅是一种直接能带半导体，它的结构内部有许多所谓的“悬键”，也就是没有和周围的硅原子成键的电子，这些电子在电场作用下就可以产生电流，并不需要声子的帮助，因而非晶硅可以做得很薄，还有制作成本低的优点。
在70年代确实有过制备非晶硅的沸沸扬扬的高潮。事实上，非晶硅光电池已经广为使用，例如许多太阳能计算器、太阳能手表、园林路灯和汽车太阳能顶罩等就是用非晶硅作为光电池的基本材料的。但是目前市场上最大量使用的太阳能电池（特别是屋顶太阳能电池）仍然是晶体硅光电池而不是非晶硅光电池。
非晶硅的优点[1]
可以自由裁剪，因而可以充分利用合成的产品，不像晶体硅不能自由裁剪，制作成器件时材料磨下好多碎末，浪费很大；它的制作过程是气相沉积（1976，Spear法）——化氢热分解，分解时可以根据需要掺杂，如掺入磷化氢或硼化氢，由于是气相沉积，制作工艺条件容易进行自动化控制；它还可以制成很薄很薄的薄膜，而晶体硅却至少要达到几百微米的厚度。这是由于晶体硅是一种间接能带半导体，单靠光子并不能把电子激发到导带中去产生电流，而要靠所谓声子的帮助，这种所谓的声子来源于晶格振动，晶体做得太薄，产生的声子就太少，光电转化率就太低。
非晶硅的致命缺点
一是寿命短，在光的不断照射下会发生所谓Staebler-Wronski效应，光电转化效率会下降到原来的25%，这本质上正是非晶硅中有太多的以悬键为代表的缺陷，致使结构不稳定；
二是它的光电转化效率远比晶体硅低。现今市场上的晶体硅的光电转化效率为12%，最近面世的晶体硅的光电转化效率已经提高到18%，在实验室里，甚至可以达到29%（对比：绿色植物的叶绿体的光电转化效率小于1%！），然而非晶硅的光电转化效率一直没有超过10%。

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