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单质硅为什么用做太阳能电池?

来源: admin 发布于:2022-10-01 23:02:34

一、单质硅为什么用做太阳能电池?

单晶硅太阳能电池转换效率高,技术也成熟。在实验室里高的转换效率为24.7%,规模生产时的效率为18%。

在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位,但由于单晶硅成本价格高,大幅度降低其成本很困难,为了节省硅材料,发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜作为单晶硅太阳能电池的替代产品。

“硅”材料的初步被发现是在18世纪80年代(1787年)法国科学家-拉瓦锡首次发现硅存在于岩石中,这一启蒙性的发现为科学领域奠定了基础。随后1823年、1824年硅元素、化合物、物质成形的2年,是“硅”材料正式步入人类科技、工业、生活领域的应用开端。

“硅”材料第一次应用于太阳能发电:20世纪50年代(1954年),美国贝尔实验室的皮尔松、佛朗等三名科学家利用硅晶体材料开发出性能良好的太阳能光伏电池,其转换效率达6%,经过不断改良后,成为现在的硅太阳能光伏电池。

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二、元素硅是什么材质?

硅guī(台湾、香港称矽xī)是一种化学元素,它的化学符号是Si,旧称矽。

原子序数14,相对原子质量28.09,有无定形和晶体两种同素异形体,同素异形体有无定形硅和结晶硅。属于元素周期表上IVA族的类金属元素。

晶体结构:晶胞为面心立方晶胞。 晶体硅为钢灰色,无定形硅为黑色,密度2.4克/立方厘米,熔点1420℃,沸点2355℃,晶体硅属于原子晶体,硬而有光泽,有半导体性质。硅的化学性质比较活泼,在高温下能与氧气等多种元素化合,不溶于水、硝酸和盐酸,溶于氢氟酸和碱液,用于造制合金如硅铁、硅钢等,单晶硅是一种重要的半导体材料,用于制造大功率晶体管、整流器、太阳能电池等。硅在自然界分布极广,地壳中约含27.6%, 结晶型的硅是暗黑蓝色的,很脆,是典型的半导体。化学性质非常稳定。

在常温下,除氟化氢以外,很难与其他物质发生反应。

硅的用途:

①高纯的单晶硅是重要的半导体材料。在单晶硅中掺入微量的第IIIA族元素,形成p型硅半导体;掺入微量的第VA族元素,形成n型和p型半导体结合在一起,就可做成太阳能电池,将辐射能转变为电能。在开发能源方面是一种很有前途的材料。另外广泛应用的二极管、三极管、晶闸管和各种集成电路(包括我们计算机内的芯片和CPU)都是用硅做的原材料。

②金属陶瓷、宇宙航行的重要材料。将陶瓷和金属混合烧结,制成金属陶瓷复合材料,它耐高温,富韧性,可以切割,既继承了金属和陶瓷的各自的优点,又弥补了两者的先天缺陷。 可应用于军事武器的制造第一架航天飞机“哥伦比亚号”能抵挡住高速穿行稠密大气时摩擦产生的高温,全靠它那三万一千块硅瓦拼砌成的外壳。

③光导纤维通信,最新的现代通信手段。用纯二氧化硅拉制出高透明度的玻璃纤维,激光在玻璃纤维的通路里,无数次的全反射向前传输,代替了笨重的电缆。光纤通信容量高,一根头发丝那么细的玻璃纤维,可以同时传输256路电话,它还不受电、磁干扰,不怕窃听,具有高度的保密性。光纤通信将会使 21世纪人类的生活发生革命性巨变。

④性能优异的硅有机化合物。例如有机硅塑料是极好的防水涂布材料。在地下铁道四壁喷涂有机硅,可以一劳永逸地解决渗水问题。在古文物、雕塑的外表,涂一层薄薄的有机硅塑料,可以防止青苔滋生,抵挡风吹雨淋和风化。

三、制作硅的过程对人的伤害?

硅本身没有毒和放射性。 但是加工过程使用很多有毒物质和强电磁辐射的机器。 如果准备要孩子还是不要做这个的好。 硅的粉尘极细,比表面积达到100m2/g以上(全自动F-Sorb 2400比表面积测试仪BET方法检测试),可以悬浮在空气中,如果人长期吸入含有二氧化硅的粉尘,就会患硅肺病(因硅旧称为矽,硅肺旧称为矽肺)。硅肺是一种职业病,它的发生及严重程度,取决于空气中粉尘的含量和粉尘中二氧化硅的含量,以及与人的接触时间等。

扩展

1、氢气:与空气混合能形成爆炸性混合物,遇热或明火即会发生爆炸。气体比空气轻,在室内使用和储存时,漏气上升滞留屋顶不易排出,遇火星会引起爆炸。氢气与氟、氯、溴等卤素会剧烈反应。

2、四氯化硅:受热或遇水分解放热,放出有毒的腐蚀性烟气。对很多金属尤其是潮湿空气存在下有腐蚀性。

多晶硅的用途:

 多晶硅是半导体工业、电子信息产业、太阳能光伏电池产业的最主要、最基础的功能性材料。主要用作半导体的原料,是制作单晶硅的主要原料,可作各种晶体管、整流二极管、可控硅、太阳能电池、集成电路、电子计算机芯片以及红外探测器等。

 多晶硅可作拉制单晶硅的原料,多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。例如,在力学性质、光学性质和热学性质的各向异性方面,远不如单晶硅明显;在电学性质方面,多晶硅晶体的导电性也远不如单晶硅显著,甚至于几乎没有导电性。

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