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非晶硅 |
非晶硅是一種直接能帶半導體,它的結構內部有許多所謂的"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生電流,並不需要聲子的幫助,因而非晶硅可以做得很薄,還有製作成本低的優點。
簡介
非晶硅的用途很多,可以製成非晶硅場效應晶體管;用於液晶顯示器件、集成式a-Si倒相器、集成式圖象傳感器、以及雙穩態多諧振盪器等器件中作為非線性器件;利用非晶硅膜可以製成各種光敏、位敏、力敏、熱敏等傳感器;利用非晶硅膜製做靜電複印感光膜,不僅複印速率會大大提高,而且圖象清晰,使用壽命長;等等。目前非晶硅的應用正在日新月異地發展着,可以相信,在不久的將來,還會有更多的新器件產生。
評價
發展 非晶態半導體
目前研究得最多,實用價值最大的非晶態半導體主要有兩類:即非晶態硅和硫屬半導體。特別是非晶態硅,在理論上和應用方面的研究都非常活躍。
晶態硅
晶態硅自50年代以來,已研製成功名目繁多、功能各異的各種固態電子器件和靈巧的集成電路。非晶硅(a-Si∶H)是一種新興的半導體薄膜材料,它作為一種新能源材料和電子信息新材料,自70年代問世以來,取得了迅猛發展。非晶硅太陽能電池是目前非晶硅材料應用最廣泛的領域,也是太陽能電池的理想材料,光電轉換效率已達到13%,這種太陽能電池將成為無污染的特殊能源。1988年全世界各類太陽能電池的總產量35.2兆瓦,其中非晶硅太陽能電池為13.9兆瓦,居首位,占總產量的40%左右。與晶態硅太陽能電池相比,它具有製備工藝相對簡單,原材料消耗少,價格比較便宜等優點。
非晶硅太陽能電池
作為太陽能材料儘管是一種很好的電池材料,但由於其光學帶隙為1.7eV, 使得材料本身對太陽輻射光譜的長波區域不敏感,這樣一來就限制了非晶硅太陽能電池的轉換效率。此外,其光電效率會隨着光照時間的延續而衰減,即所謂的光致衰退S一W效應,使得電池性能不穩定。解決這些問題的這徑就是製備疊層太陽能電池,疊層太陽能電池是由在製備的p、i、n層單結太陽能電池上再沉積一個或多個P-i-n子電池製得的。疊層太陽能電池提高轉換效率、解決單結電池不穩定性的關鍵問題在於:①它把不同禁帶寬度的材科組台在一起,提高了光譜的響應範圍;②頂電池的i層較薄,光照產生的電場強度變化不大,保證i層中的光生載流子抽出;③底電池產生的載流子約為單電池的一半,光致衰退效應減小;④疊層太陽能電池各子電池是串聯在一起的。
最近的一則報道說,在美國密執根的聯合太陽能系統公司剛剛發明了一種"三結"非晶硅光電池,可以同時接受藍、綠和紅/紅外輻射,光電轉化效率達到12.1%.由於非晶硅的成本低,1990年用光電轉化效率只有4~6%的非晶硅太陽能電池,就把一架飛機飛行400km從美國西海岸加里福尼亞聖地亞哥飛到東海岸北卡羅林那州的凱提堆克.這說明非晶體硅的前途仍然是光明的,只要克服壽命短和效率欠佳的缺點,將來還是會占據相當大的市場份額的.專家認為,非晶硅對光的吸收性,比晶硅強約500倍,只要在玻璃等基板上形成厚度約1微米左右的非晶硅薄膜,就可以把光的能量有效吸收。非晶硅薄膜電池比晶體硅電池薄100倍,這些薄膜可附着在廉價的基片介體如玻璃、活性塑料或不鏽鋼等之上,變化極為多樣。單以建材功能而言,不僅可節省大量材料成本,也可製作大面積、專供建築使用的透明玻璃光電磚。由於國際市場"硅"原料的普遍短缺,非晶硅光電薄膜產業的研發成長,在轉換效率上,已逐漸追上多晶硅太陽能電池,發電成本僅為後者的三分之一。預計非晶硅光電薄膜產業的增長速度,將比多晶硅太陽能產業更為快速,非晶硅薄膜技術將是今後太陽能電池的市場主流,有望在2010年在光伏材料市場上與晶硅平分秋色。[1]