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太阳光发电的材料、器件和应用（光伏工程及其应用）（第四章太阳电池材料的性能和制备方法)陈 朝E－mail：cchen@xmu.edu.cn厦门大学物理与机电工程学院　2008年9月19日于厦门 目录 太阳电池的材料分类和主要性能 晶体硅材料（工业硅、多晶硅、单晶硅、带硅）的制备方法 非晶硅材料的性能和制备方法 CuInGaSe2材料的性能和制备方法 III－V材料的性能和制备方法 有机材料简介 纳米材料简介 各种主要半导体材料 一、太阳电池的材料分类和主要性能 分类： 按时间和功能分类： 第一代：单晶硅、多晶硅、带硅（晶体硅） 第二代：非晶硅、CIGS、晶硅薄膜、III-V（薄膜） 第三代：全光谱、纳米、有机（新型、多功能）。 按材料分类： 硅材料（多晶硅、单晶硅、带硅、非晶硅、纳米硅） 无机材料（II-VI、III-V,多元无机材料） 有机材料 纳米材料 太阳电池的材料的主要性能 太阳电池的材料的主要性能 晶体硅的部分物理性能 晶体硅的主要物理性质 光学性质： Eg＝1.115ev, 间接跃迁，吸收：近红外 高折射率（3.42)，高反射率(0.3) 热学性质： 熔点：1420℃， 热缩冷胀（－2.6x10-6/K） 较大表面张力:720dyn/cm, 较小密度:2.53g/cm3 可用悬浮区熔法生长单晶。 力学性质： 高800℃后有明显的塑性， 硬度：7.0 拉应力大大于剪应力，加工过程容易产生弯曲和翘曲 硅晶体部分物理性质 晶体硅的主要化学性质 化学性质：4价，电子组态3S23P2 常温下性能稳定，高温下性能活泼 室温下除F外，不和其它元素反应。 室温下表面自氧化，存在2－3nm的SiO2， 400℃和氧反应生成SiO2，650℃开始更完全氧化。 1000℃以上和氮反应生成Si3N4.； 室温下不和酸反应，但可和碱反应： Si＋2NaOH＋H2O ＝ Na2SiO3 ＋2H2 高温下，能和O2、H2O、H2、卤素、N2、S、熔融金属（Fe、Ni、Mg、Cu、Cr、Ti、W、 Mo等）等反应。有：TiSi2、FeSi3、Mg2Si、WSi2等 硅能与Cu＋＋、Pb＋＋，Ag＋，Hg＋等金属离子反应置换出金属。  Si＋2CuSO4 ＝ 2Cu ＋ Si（SO4）2 硅的腐蚀：可溶于硝酸和氢氟酸水溶液 Si＋4HNO3 ＋6HF ＝ H2SiF6 + 4NO2 ＋4H2O 3Si + 4HNO3 + 18HF = 3H2SiF6 +4NO + 8 H2O 氧化－络合反应：氧化剂：硝酸； 络合剂：氢氟酸 二、晶体硅材料的制备方法 工业硅制备：矿热炉碳还原法 多晶硅制备： 化学法 物理冶金法 铸锭法生长（浇铸法、热交换法、布里兹曼法） 单晶的制备： CZ生长 FZ生长 MCZ生长 请看挪威爱肯公司的幻灯片 Solar Grade Silicon: show stopper or infinite source 请看： 2008 中国硅业国际论坛（昆明，08.9.24-27) 报告 厦门大学：罗学涛，陈 朝 冶金法提纯多晶硅的 关键技术及发展趋势 请看：中国光电技术发展中心  昌金铭 杨佳荣 吴建荣 太阳电池多晶硅锭 定向凝固技术及设备 酸洗提纯的原理和工艺 酸洗提纯的原理 — 硅液凝固过程的杂质分凝效应 酸洗提纯工艺 太阳能级多晶硅标准的讨论 请看： 谢谢！ * 紫蒽酮 络合物 萘蒽 芳香族 C60 聚乙炔 聚合物 多孔硅 纳米硅 …….. 量子阱 超晶格 Si:H a-SiGe:H a-SiC:H a-C:H …….. GeTe CeSe CeS CuFeS2 (黄铜矿） CdCr2S4 (尖晶石） Cu2FeSnS4 (黄锡矿） CuInS2 CuInSe2 CuInGaSe2 …… Cu2O ZnO NiO TiO3 V2O5 Cr2O3 Fe2O3 EuO Bi2Te3 PbS PbSe PbTe SnTe PbSnTe SiC SiGe CdS CdSe CdTe ZnS ZnSe ZnTe HgS HgSe HgTe ……. TeCdHg ZnSeTe ……. Ga