【正文】 拉單晶法 （ CZ） ? 定向凝固多晶硅錠法 （ 鑄造法 ） 多晶硅的提純 ?化學(xué)提純是指通過化學(xué)反應(yīng)，將硅轉(zhuǎn)化為中間化合物，再利用精餾提純等技術(shù)提純中間化合物，使之達(dá)到高純度；然后再將中間化合物還原成硅，此時(shí)的高純硅為多晶狀態(tài)，可以達(dá)到半導(dǎo)體工業(yè)的要求。 2022年中國(guó)產(chǎn)冶金硅 553 FOB價(jià)格曲線圖 單位：美元 /噸 多晶硅 多晶硅：全球電子工業(yè)及光伏產(chǎn)業(yè)的基石 多晶硅是由工業(yè)硅粉氯化 ， 采用物理化學(xué)方法提煉和特定條件下還原生產(chǎn)的新材料 。 全球冶金硅生產(chǎn)國(guó)主要有中國(guó) 、 巴西 、 挪威 、 美國(guó) 、俄羅斯等 ， 我國(guó)是全球最大的冶金硅生產(chǎn)國(guó) 。 冶金硅 冶金硅的附加產(chǎn)品包括硅微粉 、 邊皮硅 、 黑皮硅 、金屬硅渣等 。 據(jù)統(tǒng)計(jì) ， 用于鋁工業(yè)的金屬硅約占整個(gè)行業(yè)需求的 60%左右 ，鋼鐵工業(yè)約為 15%， 有機(jī)硅行業(yè)約為 20%， 半導(dǎo)體及其他行業(yè)約為 5%。 SiO2—— 硅材料的原料 冶金硅 冶金硅：耗費(fèi)能源的低級(jí)產(chǎn)品 冶金級(jí)硅是工業(yè)提純的單質(zhì)硅 ， 又稱金屬硅或工業(yè)硅 ， 硅含量的純度約為 %%。 這些技術(shù)的推廣使用將節(jié)省大量的硅材料 ， 可明顯降低太陽電池的生產(chǎn)成本 ， 有利地促進(jìn)太陽電池工業(yè)的發(fā)展 。 目前 ， 硅片主流產(chǎn)品是 200mm， 逐漸向 300mm過渡 ， 研制水平達(dá)到 400mm～ 450mm。 一般認(rèn)為含 Si在～ （ 4～ 6個(gè) 9） 電子級(jí)硅 (Electronic Grade, EG)： 一般要求含S i 99. 9 9 9 9 %以上 ， 超高純達(dá)到 99. 9 9 9 9 9 9 9 %～%（ 9～ 11個(gè) 9） 。 硅材料 多晶硅按純度分類可以分為冶金級(jí) （ 工業(yè)硅 ） 、 太陽能級(jí) 、 電子級(jí) 。 PN結(jié)的制備 ? P38 第三節(jié) 167。 176。 由于內(nèi)建電場(chǎng)的存在 ， 產(chǎn)生的非平衡載流子將向空間電荷區(qū)兩端漂移 ， 產(chǎn)生光生電勢(shì) （ 電壓 ） ， 破壞了原來的平衡 。 半導(dǎo)體的特性應(yīng)用 INMOS T900 微處理器 每一個(gè)集成塊(圖中一個(gè)長(zhǎng)方形部分 )約為手指甲大小 ，它有 300多萬個(gè)三極管 半導(dǎo)體的特性應(yīng)用 1971年制造的第一個(gè)單片機(jī) Intel 4004， 2300個(gè)晶體管 10微米技術(shù) , 640bytes， 108KHz Pentium IV 5500萬個(gè)晶體管 光生伏特效應(yīng) 當(dāng) P型半導(dǎo)體和 N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起 ， 形成 PN結(jié)時(shí) ，由于多數(shù)載流子的擴(kuò)散 ， 形成了空間電荷區(qū) ， 并形成一個(gè)不斷增強(qiáng)的從 N型半導(dǎo)體指向 P型半導(dǎo)體的內(nèi)建電場(chǎng) 。 半導(dǎo)體的特性應(yīng)用 1947年 12月 23日，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的半導(dǎo)體小組， W. Shockley， J. Bardeen， W. Brattain做出了世界上第一只具有放大作用的點(diǎn)接觸型晶體三極管。 溫度每差一度 ，溫差電動(dòng)勢(shì)能夠達(dá)到 、 甚至超過 1毫伏 。 半導(dǎo)體的特性應(yīng)用 光敏電阻 半導(dǎo)體硒 ， 在照射光的頻率大于其紅限頻率時(shí) ， 它的電阻值有隨光強(qiáng)的增加而急劇減小的現(xiàn)象 。 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性 環(huán)境特性 半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力還會(huì)隨光照而發(fā)生變化（ 稱為光電導(dǎo)現(xiàn)象 ） 。 雜質(zhì)含量改變能引起載流子濃度變化 ， 半導(dǎo)體材料電阻率隨之發(fā)生很大變化 。 PN結(jié)的反向擊穿 PN結(jié)的單向?qū)щ娦? PN結(jié)外加正向電壓時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài) 加正向電壓是指 P端加正電壓， N端加負(fù)電壓，也稱正向接法或正向偏置。 沒有正向電流 。 E?p型 n型 I E阻(1) 正向偏壓 在 pn結(jié)的 p端接電源正極 ， n端接負(fù)極 ， 這叫對(duì) PN結(jié)加 正向偏壓 (如圖 )。 當(dāng)漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)相等時(shí) ，PN結(jié)便處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài) 。 在出現(xiàn)了空間電荷區(qū)以后 ， 由于正負(fù)電荷之間的相互作用 ， 在空間電荷區(qū)就形成了一個(gè)內(nèi)電場(chǎng) ， 其方向是從帶正電的 N區(qū)指向帶負(fù)電的 P區(qū) 。 半導(dǎo)體中的離子不能任意移動(dòng) ， 因此不參與導(dǎo)電 。 PN結(jié) 在 P型半導(dǎo)體和 N型半導(dǎo)體結(jié)合后 ， 由于 N型區(qū)內(nèi)電子很多而空穴很少 ， 而 P型區(qū)內(nèi)空穴很多電子很少 ， 在它們的交界處就出現(xiàn)了電子和空穴的濃度差別 。 空間電荷區(qū) 耗盡層 P N PN結(jié) 穩(wěn)定后 ， n區(qū)相對(duì) p區(qū)有電勢(shì)差 U0 (n比 p高 )。 PN結(jié) 內(nèi)建場(chǎng)大到一定程度 ,不再有凈電荷的流動(dòng) ， 達(dá)到了新的平衡 。 簡(jiǎn)化圖 （ a）結(jié)構(gòu)示意圖 圖 15 P型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu) 雜質(zhì)半導(dǎo)體 ? 幾個(gè)基本概念： 本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體 自由電子、空穴 多數(shù)載流子、少數(shù)載流子 N型半導(dǎo)體、 P型半導(dǎo)體 ? 無論是 N型還是 P型半導(dǎo)體都是電中性，對(duì)外不顯電性。 Si Si Si Si Si Si Si + B 圖中在硅晶體中摻入少量的硼 ， 晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代 ， 硼原子的最外層有三個(gè)價(jià)電子 ，與相臨的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵時(shí)產(chǎn)生一個(gè)空穴 。 雜質(zhì)半導(dǎo)體 n型半導(dǎo)體 Si Si Si Si Si Si Si P 圖中摻入的五價(jià) P原子在晶體中替代 Si的位置 ， 構(gòu)成與 Si相同的四電子結(jié)構(gòu) ， 多出的一個(gè)電子在雜質(zhì)離子的電場(chǎng)范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng) 。 元素符號(hào) Si，相對(duì)原子量為 ，在元素周期表中的 lVA族（第四主族），第三周期。 半導(dǎo)體種類 ? 按照成分可分為： 有機(jī)半導(dǎo)體 無機(jī)半導(dǎo)體（元素半導(dǎo)體、化合物半導(dǎo)體） ? 按照晶體結(jié)構(gòu)可分為： 非晶體半導(dǎo)體 晶體半導(dǎo)體（單晶、多晶） ? 按照特性、功能可分為： 微電子材料、光電子材料、傳感材料 ……. 半導(dǎo)體種類 元素半導(dǎo)體共有 12種，包括 硅、鍺、硼、碳、灰錫、磷、灰砷、灰銻、硫、硒、碲、碘。 隨著我國(guó) “ 可再生能源法 ” 的實(shí)施 ， 我國(guó)太陽能光伏發(fā)電將得到快速發(fā)展 。 ?1971年 3月在我國(guó)發(fā)射的第二顆人造衛(wèi)星 —— 科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星實(shí)踐一號(hào)上首次應(yīng)用由天津電源研究所研制的太陽能電池 。 ?2100年以煤 、 石油 、 天然氣為代表的化石能源基本枯竭 ， 人類主要利用太陽能 、 氫能 、 風(fēng)能 、生物質(zhì)能等潔凈可再生能源 。 ?2022年世界太陽能電池年產(chǎn)量超過 540MW；多晶硅太陽能電池售價(jià)約為 。 ? 1918年波蘭科學(xué)家 Czochralski發(fā)展生長(zhǎng)單晶硅的提拉法工藝 。 太陽電池發(fā)展史 回顧歷史有利于了解光伏技術(shù)的發(fā)展歷程 ，按時(shí)間的發(fā)展順序 ， 將于太陽電池發(fā)展有關(guān)的歷史事件匯總?cè)缦拢? ? 1839年法國(guó)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家 生伏特效應(yīng) ， 簡(jiǎn)稱為光伏效應(yīng) 。 從總的發(fā)展來看 ， 基礎(chǔ)研究和技術(shù)進(jìn)步都起到了積極推進(jìn)的作用 。 太陽能 ? 當(dāng)太陽光照射到地球時(shí)，一部分光線被 反射 或 散射 ，一部分光線被吸收，只有約 70%的光線能到達(dá)地球表面。表面溫度約為 5800K，主要由氫和氦組成。 1. 太陽電池發(fā)展史 太陽能 ? 太陽是距離地球最近的恒星，直徑約1390000km,體積和質(zhì)量是地球的 130萬倍和 33萬倍。 ? 青藏高原是我國(guó)太陽能資源最好的地區(qū)，而四川盆地云雨天氣多，太陽能資源相對(duì)較差。 從 1839年法國(guó)科學(xué)家 E. Becquerel發(fā)現(xiàn)液體的光生伏特效應(yīng) （ 簡(jiǎn)稱光伏現(xiàn)象 ） 算起 ， 太陽能電池已經(jīng)經(jīng)過了 160多年的漫長(zhǎng)的發(fā)展歷史 。 太陽電池發(fā)展史 太陽電池后來的發(fā)展主要是薄膜電池的研發(fā) ，如非晶硅太陽電池 、 CIS太陽電池 、 CdTe太陽電池和納米燃料敏化太陽電池等 ， 此外主要的是生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步 ， 如絲網(wǎng)印刷 、 多晶硅太陽電池生產(chǎn)工藝的成功開發(fā) ， 特別是氮化硅薄膜的減反射和鈍化技術(shù)的建立以及生產(chǎn)工藝的高度自動(dòng)化等 。 太陽電池發(fā)展史 ? 1904年 Hallwachs發(fā)現(xiàn)銅與氧化亞銅 （ Cu/Cu2O） 結(jié)合在一起具有光敏特性；德國(guó)物理學(xué)家愛因斯坦 （ Albert Einstein） 發(fā)表關(guān)于光電效應(yīng)的論文 。 太陽電池發(fā)展史 ?2022年世界太陽能電池年產(chǎn)量超過 399MW； X. Wu， R. G. Dhere， D. S. Aibin等報(bào)道碲化鎘 （ CdTe） 太陽能電池效率達(dá)到 %；單晶硅太陽能電池售價(jià)約為3USD/W。 能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 預(yù)計(jì)未來世界太陽 ?2050年世界太陽能發(fā)電利用將占世界能源總能耗 30%~50%份額 。 ?1959年中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所研制成功第一片具有實(shí)用價(jià)值的太陽能電池 。 我國(guó)