太陽(yáng)能單晶硅與多晶硅的區別

單晶硅和多晶硅的區別是，當熔融的單質(zhì)硅凝固時(shí)，硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長(cháng)成晶面取向相同的晶粒，則形成單晶硅。如果這些晶核長(cháng)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在物理性質(zhì)方面。例如在力學(xué)性質(zhì)、電學(xué)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

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(gè)9以上?！　」栌芯B(tài)和無(wú)定形兩種同素異形體。晶態(tài)硅又分為單晶硅和多晶硅，它們均具有金剛石晶格，晶體硬而脆，具有金屬光澤，能導電，但導電率不及金屬，且隨溫度升高而增加，具有半導體性質(zhì)。

單晶硅

大規模集成電路的要求更高，硅的純度必須達到九個(gè)9。目前，人們已經(jīng)能制造出純度為十二個(gè)9 的單晶硅。單晶硅是電子計算機、自動(dòng)控制系統等現代科學(xué)技術(shù)中不可缺少的基本材料。電視、電腦、冰箱、電話(huà)、手表、汽車(chē)，處處都離不開(kāi)單晶硅材料，單晶硅作為科技應用普及材料之一，已經(jīng)滲透到人們生活中的各個(gè)角落。

單晶硅在火星上是火星探測器中太陽(yáng)能轉換器的制成材料?；鹦翘綔y器在火星上的能量全部來(lái)自太陽(yáng)光，探測器白天休息---利用太陽(yáng)能電池板把光能轉化為電能存儲起來(lái)，晚上則進(jìn)行科學(xué)研究活動(dòng)。也就是說(shuō)，只要有了單晶硅，在太陽(yáng)光照到的地方，就有了能量來(lái)源。

單晶硅在太空中是航天飛機、宇宙飛船、人造衛星必不可少的原材料。人類(lèi)在征服宇宙的征途上，所取得的每一步進(jìn)步，都有著(zhù)單晶硅的身影。航天器材大部分的零部件都要以單晶硅為基礎。離開(kāi)單晶硅，衛星會(huì )沒(méi)有能源，沒(méi)有單晶硅，航天飛機和宇航員不會(huì )和地球取得聯(lián)系，單晶硅作為人類(lèi)科技進(jìn)步的基石，為人類(lèi)征服太空作出了不可磨滅的貢獻。

單晶硅在太陽(yáng)能電池中得到廣泛的應用。高純的單晶硅是重要的半導體材料，在光伏技術(shù)和微小型半導體逆變器技術(shù)飛速發(fā)展的今天，利用硅單晶所生產(chǎn)的太陽(yáng)能電池可以直接把太陽(yáng)能轉化為光能，實(shí)現了邁向綠色能源革命的開(kāi)始。單晶硅太陽(yáng)能電池的特點(diǎn)：1.光電轉換效率高，可靠性高； 2.先進(jìn)的擴散技術(shù)，保證片內各處轉換效率的均勻性； 3.運用先進(jìn)的PECVD成膜技術(shù)，在電池表面鍍上深藍色的氮化硅減反射膜，顏色均勻美觀(guān)； 4.應用高品質(zhì)的金屬漿料制作背場(chǎng)和電極，確保良好的導電性。

單晶硅廣闊的應用領(lǐng)域和良好的發(fā)展前景北京2008年奧運會(huì )將把“綠色奧運”做為重要展示面向全世界展現，單晶硅的利用在其中將是非常重要的一環(huán)?，F在，國外的太陽(yáng)能光伏電站已經(jīng)到了理論成熟階段，正在向實(shí)際應用階段過(guò)渡，太陽(yáng)能硅單晶的利用將是普及到全世界范圍，市場(chǎng)需求量不言而喻。

冶金級硅的提煉并不難。它的制備主要是在電弧爐中用碳還原石英砂而成。這樣被還原出來(lái)的硅的純度約98-99%，但半導體工業(yè)用硅還必須進(jìn)行高度提純（電子級多晶硅純度要求11個(gè)9，太陽(yáng)能電池級只要求6個(gè)9）。而在提純過(guò)程中，有一項“三氯氫硅還原法（西門(mén)子法）”的關(guān)鍵技術(shù)我國還沒(méi)有掌握，由于沒(méi)有這項技術(shù)，我國在提煉過(guò)程中70%以上的多晶硅都通過(guò)氯氣排放了，不僅提煉成本高，而且環(huán)境污染非常嚴重。我國每年都從石英石中提取大量的工業(yè)硅，以1美元／公斤的價(jià)格出口到德國、美國和日本等國，而這些國家把工業(yè)硅加工成高純度的晶體硅材料，以46-80美元／公斤的價(jià)格賣(mài)給我國的太陽(yáng)能企業(yè)。

得到高純度的多晶硅后，還要在單晶爐中熔煉成單晶硅，以后切片后供集成電路制造等用。[page]

多晶硅

多晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài)。熔融的單質(zhì)硅在過(guò)冷條件下凝固時(shí)，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(cháng)成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結合起來(lái)，就結晶成多晶硅。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在物理性質(zhì)方面。例如，在力學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)和熱學(xué)性質(zhì)的各向異性方面，遠不如單晶硅明顯；在電學(xué)性質(zhì)方面，多晶硅晶體的導電性也遠不如單晶硅顯著(zhù)，甚至于幾乎沒(méi)有導電性。在化學(xué)活性方面，兩者的差異極小。多晶硅和單晶硅可從外觀(guān)上加以區別，但真正的鑒別須通過(guò)分析測定晶體的晶面方向、導電類(lèi)型和電阻率等。

高純的單晶硅是重要的半導體材料。在單晶硅中摻入微量的第IIIA族元素，形成p型硅半導體；摻入微量的第VA族元素，形成n型和p型半導體結合在一起，可做成太陽(yáng)能芯片，將輻射能轉變?yōu)殡娔?。在開(kāi)發(fā)能源方面是一種很有前途的材料。多晶硅具有金剛石晶格，晶體硬而脆，具有金屬光澤，能導電，但導電率不及金屬，且隨溫度升高而增加，具有半導體性質(zhì)。晶態(tài)硅的熔點(diǎn)1410℃，沸點(diǎn)2355℃，密無(wú)定形硅是一種黑灰色的粉末。

多晶硅被喻為微電子產(chǎn)業(yè)和光伏產(chǎn)業(yè)的“基石”，它是跨化工、冶金、機械、電子等多學(xué)科、多領(lǐng)域的高新技術(shù)產(chǎn)品，是半導體、大規模集成電路和太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)的重要基礎原材料，是硅產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈中極為重要的中間產(chǎn)品。它的發(fā)展與應用水平，已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家綜合國力、國防實(shí)力和現代化水平的重要標志。據了解，目前國內生產(chǎn)多晶硅產(chǎn)品的廠(chǎng)家為數很少，遠遠無(wú)法滿(mǎn)足國內微電子產(chǎn)業(yè)和太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展。隨著(zhù)我國集成電路、硅片生產(chǎn)和太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，多晶硅在國內國際市場(chǎng)需求巨大，價(jià)格不斷攀升多晶硅。

性質(zhì)：灰色金屬光澤。密度2.32~2.34。熔點(diǎn)1410℃。沸點(diǎn)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(shí)易碎裂。加熱至800℃以上即有延性，1300℃時(shí)顯出明顯變形。常溫下不活潑，高溫下與氧、氮、硫等反應。高溫熔融狀態(tài)下，具有較大的化學(xué)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。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。

多晶硅

多晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài)。熔融的單質(zhì)硅在過(guò)冷條件下凝固時(shí)，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(cháng)成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結合起來(lái)，就結晶成多晶硅。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在物理性質(zhì)方面。例如，在力學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)和熱學(xué)性質(zhì)的各向異性方面，遠不如單晶硅明顯；在電學(xué)性質(zhì)方面，多晶硅晶體的導電性也遠不如單晶硅顯著(zhù)，甚至于幾乎沒(méi)有導電性。在化學(xué)活性方面，兩者的差異極小。多晶硅和單晶硅可從外觀(guān)上加以區別，但真正的鑒別須通過(guò)分析測定晶體的晶面方向、導電類(lèi)型和電阻率等。，供不應求，發(fā)展前景十分廣闊。正因為如此，很多人都說(shuō)，誰(shuí)掌握了多晶硅及微電子技術(shù)，誰(shuí)就掌握了世界。名稱(chēng)： 單晶硅英文名： Monocrystalline silicon

分子式： Si

硅的單晶體。具有基本完整的點(diǎn)陣結構的晶體。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(yáng)能電池等。用高純度的多晶硅在單晶爐內拉制而成。

熔融的單質(zhì)硅在凝固時(shí)硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長(cháng)成晶面取向相同的晶粒，則這些晶粒平行結合起來(lái)便結晶成單晶硅。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(zhù)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。單晶硅的制法通常是先制得多晶硅或無(wú)定形硅，然后用直拉法或懸浮區熔法從熔體中生長(cháng)出棒狀單晶硅。單晶硅主要用于制作半導體元件。

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(kāi)關(guān)器件等。

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，處于新材料發(fā)展的前沿。其主要用途是用作半導體材料和利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電、供熱等。由于太陽(yáng)能具有清潔、環(huán)保、方便等諸多優(yōu)勢，近三十年來(lái)，太陽(yáng)能利用技術(shù)在研究開(kāi)發(fā)、商業(yè)化生產(chǎn)、市場(chǎng)開(kāi)拓方面都獲得了長(cháng)足發(fā)展，成為世界快速、穩定發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)之一。

單晶硅建設項目具有巨大的市場(chǎng)和廣闊的發(fā)展空間。在地殼中含量達25.8%的硅元素，為單晶硅的生產(chǎn)提供了取之不盡的源泉。

近年來(lái)，各種晶體材料，特別是以單晶硅為代表的高科技附加值材料及其相關(guān)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，成為當代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的支柱，并使信息產(chǎn)業(yè)成為全球經(jīng)濟發(fā)展中增長(cháng)最快的先導產(chǎn)業(yè)。單晶硅作為一種極具潛能，亟待開(kāi)發(fā)利用的高科技資源，正引起越來(lái)越多的關(guān)注和重視。[page]

在太陽(yáng)能利用上，單晶硅和多晶硅也發(fā)揮著(zhù)巨大的作用。雖然從目前來(lái)講，要使太陽(yáng)能發(fā)電具有較大的市場(chǎng)，被廣大的消費者接受，就必須提高太陽(yáng)電池的光電轉換效率，降低生產(chǎn)成本。從目前國際太陽(yáng)電池的發(fā)展過(guò)程可以看出其發(fā)展趨勢為單晶硅、多晶硅、帶狀硅、薄膜材料（包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜）。

從工業(yè)化發(fā)展來(lái)看，重心由單晶向多晶硅和薄膜方向發(fā)展，主要原因為：

A.可供應太陽(yáng)電池的頭尾料愈來(lái)愈少；

B.對太陽(yáng)電池來(lái)講，方形基片更合算，通過(guò)澆鑄法和直接凝固法所獲得的多晶硅可直接獲得方形材料；

C.多晶硅的生產(chǎn)工藝不斷取得進(jìn)展，全自動(dòng)澆鑄爐每生產(chǎn)周期（50小時(shí)）可生產(chǎn)200公斤以上的硅錠，晶粒的尺寸達到厘米級；

D.由于近十年單晶硅工藝的研究與發(fā)展很快，其中工藝也被應用于多晶硅電池的生產(chǎn)，例如選擇腐蝕發(fā)射結、背表面場(chǎng)、腐蝕絨面、表面和體鈍化、細金屬柵電極，采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)可使柵電極的寬度降低到50微米，高度達到15微米以上，快速熱退火技術(shù)用于多晶硅的生產(chǎn)可大大縮短工藝時(shí)間，單片熱工序時(shí)間可在一分鐘之內完成，采用該工藝在100平方厘米的多晶硅片上作出的電池轉換效率超過(guò)14％。據報道，目前在50～60微米多晶硅襯底上制作的電池效率超過(guò)16％。利用機械刻槽、絲網(wǎng)印刷技術(shù)在100平方厘米多晶上效率超過(guò)17％，無(wú)機械刻槽在同樣面積上效率達到16％，采用埋柵結構，機械刻槽在130平方厘米的多晶上電池效率達到15.8％。

（1）單晶硅太陽(yáng)能電池

目前單晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉換效率為17%左右，最高的達到24％，這是目前所有種類(lèi)的太陽(yáng)能電池中光電轉換效率最高的，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。由于單晶硅一般采用鋼化玻璃以及防水樹(shù)脂進(jìn)行封裝，因此其堅固耐用，使用壽命最高可達25年。

（2）多晶硅太陽(yáng)能電池

多晶硅太陽(yáng)電池的制作工藝與單晶硅太陽(yáng)電池差不多，但是多晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉換效率則要降低不少，其光電轉換效率約15％左右。 從制作成本上來(lái)講，比單晶硅太陽(yáng)能電池要便宜一些，材料制造簡(jiǎn)便，節約電耗，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(yáng)能電池的使用壽命也要比單晶硅太陽(yáng)能電池短。從性能價(jià)格比來(lái)講，單晶硅太陽(yáng)能電池還略好。

（3）非晶硅太陽(yáng)能電池（薄膜式太陽(yáng)電池）

非晶硅太陽(yáng)電池是1976年出現的新型薄膜式太陽(yáng)電池，它與單晶硅和多晶硅太陽(yáng)電池的制作方法完全不同，工藝過(guò)程大大簡(jiǎn)化，硅材料消耗很少，電耗更低，它的主要優(yōu)點(diǎn)是在弱光條件也能發(fā)電。但非晶硅太陽(yáng)電池存在的主要問(wèn)題是光電轉換效率偏低，目前國際先進(jìn)水平為10％左右，且不夠穩定，隨著(zhù)時(shí)間的延長(cháng)，其轉換效率衰減。