硅材料科学与技术教材PPT
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学习课件(有机硅)
05
有机硅的未来发展与挑战
有机硅的发展趋势
01
02
03
环保化
随着环保意识的提高，有 机硅行业将更加注重环保 生产，减少对环境的污染。
高性能化
有机硅材料不断向高性能 化发展，提高其耐温、耐 腐蚀、抗氧化等性能。
多元化
有机硅产品种类不断增多， 应用领域不断拓展，以满 足不同行业的需求。
有机硅面临的挑战与问题
有机硅在汽车制造领域的应用
总结词
提高汽车性能
详细描述
总结词
有机硅在汽车制造中主要用于 生产高性能的密封件、减震件 和涂层。这些产品可以提高汽 车的舒适性、稳定性和耐久性 ，并增强汽车的外观效果。
轻量化材料
详细描述
有机硅材料相对较轻，可以替 代部分金属材料，降低汽车的 整体重量。轻量化设计是汽车 节能减排的重要手段之一，有 利于提高汽车的燃油经济性和 排放性能。
学习课件(有机硅)
• 有机硅简介 • 有机硅的种类与合成 • 有机硅材料的性能与改性 • 有机硅在各领域的应用 • 有机硅的未来发展与挑战
01
有机硅简介
有机硅的定义
有机硅
是指含有硅元素的有机化合物， 也称为硅基有机化合物。
定义解释
有机硅由碳和硅两种元素组成， 其分子结构中碳-硅键的键能高， 使其具有独特的物理和化学性质 。
19世纪
有机硅化合物的研究开始起步。
20世纪40年代
出现商业化的有机硅产品，如 硅橡胶和硅树脂。
21世纪
有机硅材料在各领域的应用更 加广泛，成为现代工业和科技 发展的重要支撑材料之一。
02
有机硅的种类与合成
有机硅单体的合成
01
02
03
《硅半导体材料基础》课件
《硅半导体材料基础》ppt课件
目录
• 硅半导体材料的简介 • 硅半导体的物理性质 • 硅半导体的晶体结构 • 硅半导体的制备方法 • 硅半导体在电子工业中的应用 • 未来硅半导体材料的发展趋势与挑战
01
硅半导体材料的简介
硅的发现与特性
硅的发现
硅元素是在1824年由雅各布·贝采利 乌斯首次从硅酸钾中分离出来的。
非晶硅的结构
原子排列短程有序
非晶硅的原子排列呈现短程有序的结构，即局部区域内的 原子排列与单晶硅相似，但整体上缺乏长程有序的结构。
不具备完整的晶体结构
非晶硅不具有完整的晶体结构，其原子排列在空间中不连 续，没有明显的结晶轴和晶格振动。
光学和电学性能各异
非晶硅在光学和电学性能方面表现出与单晶硅不同的特性 ，例如其透光性和导电能力较差，但在某些应用领域仍具 有重要价值。
异质结构
利用不同材料的组合，形 成异质结构，实现优势互 补，提高半导体性能。
低维材料
研究二维、一维和零维的 硅基材料，探索其在光电 器件和电子器件中的应用 。
提高硅半导体的性能与稳定性
掺杂技术
通过优化掺杂技术，提高 硅半导体的导电性能和稳 定性。
表面处理
研究表面处理技术，改善 硅半导体的表面质量和稳 定性。
硅半导体的热导率较高，有利于热量的传递 和散发。
热容
硅半导体的热容随温度升高而增大，与其晶 格结构和原子振动有关。
热膨胀系数
硅半导体的热膨胀系数较低，对其机械稳定 性和可靠性有一定影响。
热稳定性
硅半导体的热稳定性较好，能够在较高温度 下保持其结构和性能的稳定性。
03
硅半导体的晶体结构
单晶硅的结构
04
硅半导体的制备方法
目录
• 硅半导体材料的简介 • 硅半导体的物理性质 • 硅半导体的晶体结构 • 硅半导体的制备方法 • 硅半导体在电子工业中的应用 • 未来硅半导体材料的发展趋势与挑战
01
硅半导体材料的简介
硅的发现与特性
硅的发现
硅元素是在1824年由雅各布·贝采利 乌斯首次从硅酸钾中分离出来的。
非晶硅的结构
原子排列短程有序
非晶硅的原子排列呈现短程有序的结构，即局部区域内的 原子排列与单晶硅相似，但整体上缺乏长程有序的结构。
不具备完整的晶体结构
非晶硅不具有完整的晶体结构，其原子排列在空间中不连 续，没有明显的结晶轴和晶格振动。
光学和电学性能各异
非晶硅在光学和电学性能方面表现出与单晶硅不同的特性 ，例如其透光性和导电能力较差，但在某些应用领域仍具 有重要价值。
异质结构
利用不同材料的组合，形 成异质结构，实现优势互 补，提高半导体性能。
低维材料
研究二维、一维和零维的 硅基材料，探索其在光电 器件和电子器件中的应用 。
提高硅半导体的性能与稳定性
掺杂技术
通过优化掺杂技术，提高 硅半导体的导电性能和稳 定性。
表面处理
研究表面处理技术，改善 硅半导体的表面质量和稳 定性。
硅半导体的热导率较高，有利于热量的传递 和散发。
热容
硅半导体的热容随温度升高而增大，与其晶 格结构和原子振动有关。
热膨胀系数
硅半导体的热膨胀系数较低，对其机械稳定 性和可靠性有一定影响。
热稳定性
硅半导体的热稳定性较好，能够在较高温度 下保持其结构和性能的稳定性。
03
硅半导体的晶体结构
单晶硅的结构
04
硅半导体的制备方法
硅负极材料的相关应用介绍 ppt课件
0 200 400 1000 1500 2000
Raman shift (cm-1)
in 1 boldR,e1seults and analysis
Obvious characteristic peak of crystal silicon after heat treatment at 700 C for 0.5 h
Synthesis Process
Heating under stirring 80C, solvent evaporation
Sucrose solution Nano CaCO3
Deposited silicon
Carbon framework after 1st and 2nd calcination
[1] D. Aurbach, J. Phys. Chem. C, 2007, 111, 11437.
8
Porous Structure
N2 sorption isotherms
Pore size distribution
Volume @ STP (cc g-1) dV/dD (cc g-1 nm-1)
硅负极材料的相关应用介绍ppt课件
寿命寿命硅负采材料 Silicon anode with life cycle life
Prof. Xinping Qiu
Department of Chemistry, Tsinghua University Beijing, 100084, China
Multi electron reaction materials
Calcination 1
N2 atmosphere 225C, 1h 500C, 2h
Remove HCl template
硅精选教学PPT课件
(2)制备 由于二氧化硅不能与水化合，所以制 备硅酸时只能使用间接的方法，如向 Na2SiO3溶液中滴加盐酸或通入CO2气体等 ，利用的原理都是：强酸＋弱酸盐―→弱 酸＋强酸盐。如：CO2＋Na2SiO3＋ H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3
2．碳酸
二氧化碳对应的水化物是碳酸(H2CO3)，碳酸的 酸性很弱(但比H2SiO3强)，且很不稳定。
高温 是氧化剂，C 是还原剂，在 SiO2＋3C=====SiC ＋2CO↑反应中，C 既是氧化剂又是还原剂。
例3 (2008年高考广东卷改编题)硅单质及其化 合物应用范围很广。请回答下列问题：
(1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅 ，三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯 硅的主要方法，生产过程示意图如下：
(2)加热时，硅能与氧气、氯气等反应，也 能与碳反应。
点燃 ①与 O2 反应：Si＋O2=====SiO2；
△ ②与 Cl2 反应：Si＋2Cl2=====SiCl4； ③与 C 反应：Si＋C=高==温==SiC。
2．硅的制备 硅单质是由其氧化物制得的，主要分为两 个阶段：
原理
高温
粗硅的制备 SiO2＋2C=电==炉==Si(粗)＋2CO↑
一、二氧化硅
1．存在 存在形态有 结晶形和无定 形两大类，水晶
、玛瑙的主要成分是结晶的二氧化硅。
2．物理性质
熔点 硬度 溶解性
高
大 不溶于水
3.化学性质
4．用途 (1)沙子是基本的建筑材料。 (2)纯净的SiO2是现代光学及光纤制品 的基本原料，可以制作光导纤维。 (3) 石英 和玛瑙制作饰物和工艺品。
【答案】 (1)盐酸 (2)饱和NaHCO3溶液 吸收HCl气体 (3)Na2SiO3溶液 SiO32－＋CO2 ＋H2O===H2SiO3↓＋CO32－ (4)HCl H2CO3 H2SiO3
有机硅新材料公司硅胶知识培训ppt课件
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放映结束 感谢各位批评指导！
谢 谢！
让我们共同进步
经白炭黑补强的硅橡胶物理性能有很大改善， 其拉伸强度可提高20倍左右，撕裂强度提高40倍 左右，可满足硅橡胶的补强及后硫化时不起气泡 的需求。
硅油
硅油的作用被称为结构控制剂， 其机理是带有活性基团的硅油等物质， 与白炭黑表面的活性羟基发生缩合反应，从而防止了白炭黑和生胶之间的作用。 但是硅油的添加比例不能过高，过高就会造成加料变脆，强度降低。（我们现 在使用的硅胶，在开始混炼时都包不上辊，一上辊就被打散了，这主要是硅胶 中填充了大量白炭黑以及的填充剂，而硅油添加比例过低，白炭黑和生胶之间 产生了大量的氢键，造成了硅胶结构化了, 采用白炭黑补强的硅橡胶，在存放 过程中将慢慢变硬，可塑性降低，并逐渐丧失返炼及成型加工的工艺性能，这 一现象称之为“结构化”。因此我们胶料在混炼时需要的时间要长，要30分 钟左右才可以将胶料混炼好，因为我们需要通过开炼机辊筒之间的剪切力去破 坏白炭黑和生胶之间形成氢键，从而恢复胶料的可塑性。） 硫化剂
种类、硫化的方式，生产的能力。温度对硫化程度有关，温度越高，期 硫化的平坦期会减小，即硫化所需要的时间越短。 温度的正确的决定和
硫化的生产效益关系较大。保证质量，降低成本重要意义，因此，研究 温度的变化，远比其他要多。时间是和温度关系密切的伙伴，在一定的 温度下，减少时间就是将低硫化程度，延长时间，相当与增加硫化程度。 因此，时间的保证，就是硫化程度的保证，产品质量的保证。压力的作 用是保证产品达到设计要求的形状。所以，它的敏感程度不如温度。提 高压力对，硫化程度影响较小，而高的压力外观质量的提高有利。因此 有时候我们只改变一个因数就会对产品造成影响，降低温度就需要延长 硫化时间来平衡，减少硫化时间就必须要提高温度。再者硫化剂的添加 比例，当硫化剂添加比例越高，所需要的成型时间越短。
高一化学年第4章 第1节无机非金属材料的主角——硅 第2课时课件
第四章
第一节
第2课时
成才之路 ·高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·化学 ·必修1
新情境· 激趣入题
第四章
第一节
第2课时
成才之路 ·高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·化学 ·必修1
第四章
第一节
第2课时
成才之路 ·高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·化学 ·必修1
随处可见的含硅化合物及产品 在科学技术不断发展的今天， “ 硅 ” 已经不仅意味着黄 土、飞沙、岩石，它已经成为高科技的代名词。如高科技工 业园区被称为 “ 硅谷 ” ，并且硅已经成为现代电子工业中的 支柱。硅与我们生活密切相关，除了电子产品的材料中含有 硅外，建造房屋所用的水泥、窗户上的玻璃，日常使用的碗 碟，等等，它们都是含硅的物质制造出来的。
钠、二氧化硅等原料加工而成，从元素种类上看玻璃中必含
有一定量的钠元素，只要你有办法能区分是否含有钠元素， 则相信你就一定有方法。查阅资料，钠元素具有焰色反应这 一特殊性质，即将市售水晶球(最好是破损的部分)放在酒精喷 灯上灼烧，火焰呈黄色，说明是假货。
第四章
第一节
第2课时
成才之路 ·高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·化学 ·必修1
第四章 第一节 第2课时
成才之路 ·高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·化学 ·必修1
Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，根据盐与酸 反应，能生成其对应的酸，则生成的酸比参加反应的酸的酸性 弱，所以，此反应能说明硅酸酸性比碳酸弱。
第四章
第一节
第2课时
成才之路 ·高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·化学 ·必修1
2．向Na2SiO3溶液中分别滴加盐酸和通入少量CO2，发生
《关于硅材料的介绍》ppt课件
也称为冶金级硅。这种资料本身的纯度仅有2-3个“9〞，并 且含有大量的B、P和金属杂质，这部分资料是不能归用太阳能和IC业 的。
2 太阳能级硅 这部分资料的纯度在6个“9〞以上，普通来说边皮、埚 底、还有IC的废晶圆、生长炉的粉状料均可以作为太阳能级硅的原料进 展运用。
3 IC级硅 IC级硅专指西门子法消费的块状多晶硅和硅烷法消费的高纯 粒状多晶硅。
普通的利用方法是将其加工成分棒，然后再运用，但是这种资料的 加工本钱较高，存在本钱的问题。
IC抛光单晶硅片(晶圆)
IC的晶圆的来源：第一 不符合IC晶圆要求的硅片； 第二 部分工艺后的废片。
IC晶圆的利用率最高可达95%以上，利用超声腐蚀掉硅片外表的电路层、分散层， 用纯水清洗，烘干后即可包装作为资料运用。这种的资料普通被用来拉制单晶， 由于本身IC级硅片的纯度就很高，这种硅片用做单晶的资料，可以得到较高质量 的单晶棒。
谢谢大家！！！
太阳能电池用单晶硅片(准方型)
太阳能电池用多晶硅片(方型)
碎硅片 (IC或半导体或太阳能电池消费中的
废品)
碎硅片从清洗的难度和本钱看，是利用率比较差的资料，首先要手工分拣 这些硅片，按照不同的要求进展分拣，分拣后这些碎片再进展清洗。由于 在清洗的过程中难以清洗干净，不适宜拉制单晶，这种资料大部分用于铸 多晶。 在分拣的过程很难保证重掺硅片或者N型片不混进去，因此这种资 料用来铸锭，很少用来拉单晶。
工程
N型电阻率， Ω·cm
P型电阻率， Ω·cm
碳浓度， atoms/c m3
N型少子寿 命，us
1级品 ≥300 ≥3000 ≥1.5*1016 ≥500
硅多晶等级 2级品 ≥200 ≥2000
≥2*1016
2 太阳能级硅 这部分资料的纯度在6个“9〞以上，普通来说边皮、埚 底、还有IC的废晶圆、生长炉的粉状料均可以作为太阳能级硅的原料进 展运用。
3 IC级硅 IC级硅专指西门子法消费的块状多晶硅和硅烷法消费的高纯 粒状多晶硅。
普通的利用方法是将其加工成分棒，然后再运用，但是这种资料的 加工本钱较高，存在本钱的问题。
IC抛光单晶硅片(晶圆)
IC的晶圆的来源：第一 不符合IC晶圆要求的硅片； 第二 部分工艺后的废片。
IC晶圆的利用率最高可达95%以上，利用超声腐蚀掉硅片外表的电路层、分散层， 用纯水清洗，烘干后即可包装作为资料运用。这种的资料普通被用来拉制单晶， 由于本身IC级硅片的纯度就很高，这种硅片用做单晶的资料，可以得到较高质量 的单晶棒。
谢谢大家！！！
太阳能电池用单晶硅片(准方型)
太阳能电池用多晶硅片(方型)
碎硅片 (IC或半导体或太阳能电池消费中的
废品)
碎硅片从清洗的难度和本钱看，是利用率比较差的资料，首先要手工分拣 这些硅片，按照不同的要求进展分拣，分拣后这些碎片再进展清洗。由于 在清洗的过程中难以清洗干净，不适宜拉制单晶，这种资料大部分用于铸 多晶。 在分拣的过程很难保证重掺硅片或者N型片不混进去，因此这种资 料用来铸锭，很少用来拉单晶。
工程
N型电阻率， Ω·cm
P型电阻率， Ω·cm
碳浓度， atoms/c m3
N型少子寿 命，us
1级品 ≥300 ≥3000 ≥1.5*1016 ≥500
硅多晶等级 2级品 ≥200 ≥2000
≥2*1016
有机硅材料基础
本书还探讨了有机硅材料的应用领域。由于其优异的性能和广泛的适用性，有机硅材料在许多领 域都有广泛的应用。例如，在航空航天领域，有机硅材料可用于制造高温部件；在电子领域，有 机硅材料可用于制造电子元件和电路板；在建筑领域，有机硅材料可用于防水、保温和装饰。通 过本书的介绍，读者可以深入了解有机硅材料的各种应用，为其在相关领域的应用提供指导和借 鉴。
从目录的编排上来看，这本书采用了典型的章节式结构，将内容分为若干个 主题进行深入探讨。每一章节都配有简短的标题，使得读者可以快速了解该章节 的主题。这种结构使得全书内容层次分明，易于阅读和学习。
从目录的内容上来看，这本书涵盖了有机硅材料的各个方面。它从基本概念 入手，介绍了有机硅材料的定义、分类和基本性质。随后，深入探讨了有机硅材 料的合成方法和反应机理，为读者提供了丰富的理论知识。这本书还详细介绍了 有机硅材料在各个领域的应用，包括高分子材料、橡胶、塑料、纤维、涂料等领 域，充分展示了有机硅材料的广泛用途和重要价值。
这本书的内容丰富，从基础理论出发，对有机硅材料进行了全面而系统的介 绍。作者朱晓敏和章基凯以他们在德国亚琛工业大学的研究和教学经验为基础， 结合国内实际情况，将复杂的专业知识以通俗易懂的方式呈现出来。
阅读这本书，让我对有机硅材料有了更为深入的了解。尤其是书中的第5～8 章，对硅油、硅橡胶、硅树脂和硅烷偶联剂这四大类产品的生产、性能和应用进 行了详尽的阐述。这些内容不仅让我知道了有机硅材料的各种特性和用途，更让 我看到了它们在现实生活和工业生产中的广泛应用。
这段摘录列举了有机硅材料在各个领域的应用，展现了有机硅材料的广泛应 用前景。
“随着科技的不断发展，有机硅材料的应用领域也在不断拓展。未来，随着 人们对环保和可持续发展的要求越来越高，有机硅材料作为一种绿色、环保的材 料，将在更多领域得到应用和发展。”
硅的晶体结构课件
04
硅晶体结构的应用
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
半导体工业中的应用
硅晶体是半导体工业中最重要 的材料之一，用于制造集成电 路、微处理器、晶体管、太阳 能电池等。
硅晶体的高纯度、低缺陷密度 和优良的电学性能使其成为制 造电子器件的理想材料。
硅晶体在半导体工业中的应用 已经取得了巨大的经济效益和 社会效益。
氧化性
硅在高温下能与氧气发生反应， 生成二氧化硅，这是一种具有高
硬度的玻璃态物质。
还原性
在特定条件下，硅能与一些强还 原剂发生反应，生成硅烷等有机
硅化合物。
硅晶体结构的电学性质
导电性
硅晶体结构是一种半导体材料， 其导电性能介于导体和绝缘体之 间。在一定条件下，硅可以表现 出优良的导电性能。
光导性
硅在特定波长的光线照射下，能 吸收光能并转换为电能，这是制 造太阳能电池的基础原理之一。
强方向性
硅晶体中的共价键具有强 方向性，这使得硅晶体具 有高度的结晶性和各向异 性。
共价键性质
硅晶体中的共价键属于定 域键，其电子云主要集中 在相邻原子的轨道重叠区 域，形成稳定的化学键。
03
硅晶体结构的性质
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
硅晶体结构的物理性质
空间格子
硅晶体的空间格子是由两个面心立 方点阵沿特定方向嵌套而成，这种 结构使得硅晶体具有较高的硬度和 化学稳定性。
晶胞参数
硅晶胞参数为a=b=c=5.43埃， α=β=γ=90°，每个晶胞中含有2个 硅原子。
硅晶体结构的键合方式
01
02
03
硅材料基础知识
硅材料基础知识主要内容：一、概述二硅的结构、分类与来源三硅的物理性质、硅的化学性质五、硅的物理参数及测量六、硅的应用及注意事项一、概述硅材料的基础知识，课程包括较多，有固体物理、量子力学、半导体物理、半导体化学、半导体器件工艺、半导体材料等方面的知识；内容较多，如半导体电子状态和能级、载流子的发布、导电性、非平衡载流子、P-N结、金属与半导体的接触、表面理论、光电效应、磁电效压阻效应、异质结等。
这里只介绍半导体材料的最基本的内容。
1、材料按导电性能划分，可分为：导体、绝缘体、半导体三类。
导体——容易导电的材料。
如各种金属、石墨等。
一般的，电阻率0.2Q・cm 绝缘体——很难导电的材料。
如橡胶、玻璃、背板、EVA、SiO2、Si3N4等。
—般的，电阻率＞20000Q・cm半导体——介于两者之间的材料。
如Si、Ge、GaAs、ZnO等，它具有一些独特的性质。
注：a、金属靠电子导电，溶液靠离子导电，半导体导电靠电子或空穴导电。
b、空穴就是电子的缺少。
2、半导体材料，按组成结构可分为：元素半导体、化合物半导体、非晶半导体、有机半导体。
3、半导体器件对材料的要求：3.1禁带宽度适中（一般0.5 ~ 1.5电子伏，硅是1.08）3.2载流子迁移率高（一般1000 ~ 5000cm2/V-s ）3.3纯度高3.4电阻率要求可靠、均匀（一般0.001 ~ 100000，硅本征2.3x105）3.5晶体的完整性二硅的结构,分类与来源1、硅的原子理论1.1元素周期表中，第三周期、第IVA族元素，原子序数14,原子量28 电子排布1S22S22P63S23P2，化合价为+ 4价（+2价）1.2 硅有三种同位素28Si : 92.21%、29Si:4.70%、30Si :3.09%、1.3晶体结构：金刚石结构（正四面体），原子间以共价键结合。
由于外围电子全部形成共价键，结合力较强。
可画出硅的共价键结构示意图。
2、硅的分类2.1按纯净度划分：粗硅、提纯硅、高纯硅、掺杂硅2.2按晶体结构分：单晶硅.多晶硅单晶硅：在晶体中，组成的原子按一定规则呈周期性排列。
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1995年后，棱光实业公司和重庆天原化工厂相继 停产。现在国内主要多晶硅生产厂商有洛阳中硅
高科技公司、四川峨眉半导体厂和四川新光硅业 公司、到2005年底，洛阳中硅高科技公司300吨 生产线已正式投产，二期扩建1000吨多晶硅生产 线也同时破土动工，河南省计划将其扩建到3000 吨规模，建成国内最大的硅产业基地。四川峨眉
据悉，美国能源部计划到2010年累计安装容量 4600MW，日本计划2010年达到5000MW，欧 盟计划达到6900MW，预计2010年世界累计安 装量至少18000MW。
从上述的推测分析，至2010年太阳电池用多晶硅 至少在30000吨以上。据国外资料分析报道，世 界多晶硅的产量2005年为28750吨，其中半导 体级为20250吨，太阳能级为8500吨，半导体 级需求量约为19000吨，略有过剩；太阳能级的 需求量为15000吨，供不应求，从2006年开始 太阳能级和半导体级多晶硅需求的均有缺口，其 中太阳能级产能缺口更大。
半导体材料厂是国内最早拥有多晶硅生产技术的 企业，2005年太阳电池用户投资，扩产的220吨 多晶硅生产线将于2006年上半年投产，两个厂的 年产量估计不足500t。
进入2007年四川新光硅业公司已建成投产，并将 逐渐扩大产能。估计我国这三个厂2007年的多晶 硅产能可能在1000t左右。此外，云南、扬州、 上海、黑河、锦州、青海、内蒙、宜昌、广西、 重庆、辽宁、邯郸、保定、浙江等地也有建生产 线设想，根据目前国内各大多晶硅项目的实际进 展情况，在考虑国际多晶硅巨头生产经验，项目 建成至投产周期应为18-24个月，预计各大多晶 硅生产线产品出炉的时间是在2008年底2009年 初。
多晶硅的需求主要来自于半导体和太阳电池，按 纯度要求不同，分为电子级和太阳能级。其中， 电子级多晶硅占55％左右，太阳能级多晶硅占45 ％，随着光伏产业的迅猛发展，太阳电池对多晶 硅需求量的增长速度高于半导体多晶硅的发展， 预计到2009年太阳能多晶硅的需求量将超过电子 级多晶硅。
1994年全世界太阳电池的总产量只有69MW，而 2004年就接近1200MW，在短短的10年里就增 长了17倍。专家预测太阳能光伏产业在二十一世 纪前半期将超过核电成为最重要的基础能源之一。
多晶硅的定义
多晶硅是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过 冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列 成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶 粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。
多晶硅国外情况
当前，晶体硅材料（包括多晶硅和单晶硅）是最 主要的光伏材料，其市场占有率在90％以上,而且 在今后的一段时期也依然是太阳电池的主流材料。 多晶硅材料的生产技术长期以来掌握在美、日、 德等3个国家7个公司的10家工厂手中，形成技术 封锁、市场垄断的状况。
以上四种太阳电池中，硅太阳电池一直是PV市场 上的主导产品。由于硅太阳电池具有原料丰富、 制作技术工艺成熟、电池转化效率高、性能稳定 的特点，是过去的二十年中太阳电池研究、开发 和生产的主体原料。
单晶、多晶硅太阳电池的产量一直都占太阳电池 的90%以上，2004年，如考虑单晶硅、多晶硅 和带硅电池，2004年晶体硅电池所占比例超过了 94％。而且一般都认为在今后的很长一段时间硅 太阳电池仍占太阳电池主导地位，特别是多晶硅 太阳电池，一般认为它所占有的比例将越来越大， 那么势必就会促使多晶硅原材料的需求量将越来 越大，太阳能级多晶硅的生产将对整个太阳电池 的发展将起到至关重要的影响。
表1-2 近年来世界多晶硅生产能力、供求关系一览表 （单位：吨）
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
生产能力 22600 23300 26100 26700 26700 28800 35500
需求量
16700 18380 17650 20350 23100 27000 38000
世界多晶硅主要生产企业有日本的Tokuyama、 三 菱 、 住 友 公 司 、 美 国 的 Hemlock 、 Asimi 、 SGS、MEMC公司，德国的Wacker公司等，其 年产能绝大部分在1000吨以上，其中Tokuyama、 Hemlock、Wacker三个公司生产规模最大，年 生产能力均在3000－8000吨，且产能在不断扩 展中。世界主要高纯多晶硅制造商2004-2008年 产量和生产能力如表所示：
供求平衡 +5900 +4920 +8450 +6350 +3600 +1800 -2500
国际多晶硅主要技术特征有以下两点：
（1）多种多晶硅生产工厂所用 主辅原料不尽相同，因此生产工艺技术不同；进 而对应的多晶硅产品技术经济指标、产品质量指 标、用途、产品检测方法、过程安全等方面也存 在差异，各有技术特点和技术秘密，总的来说， 目前国际上多晶硅生产主要的传统工艺有：改良 西门子法、硅烷法和流化床法。其中改良西门子 工艺生产的多晶硅的产能约占世界总产能的80％， 短期内产业化技术垄断封锁的局面不会改变。
国内多晶硅情况
我国多晶硅工业起步于五、六十年代中期，生产 厂多达20余家，由于生产技术难度大，生产规模 小，工艺技术落后，环境污染严重，耗能大，成 本高，绝大部分企业亏损而相继停产和转产，到 1996年仅剩下四家，即峨眉半导体材料厂（所）， 洛阳单晶硅厂、天原化工厂和棱光实业公司，合 计当年产量为102.2吨，产能与生产技术都与国 外有较大的差距。
硅材料科学与技术
授课老师：刘仪柯
单位： 新余高等专科学校太阳能 科学与工程系
工业硅的生产 高纯多晶硅的生产
太阳电池分类
太阳电池按其材料主要可分为四种类型： (1)硅太阳电池；(2)多元化合物薄膜太阳电池；
(3)有机物太阳电池；(4)纳米晶太阳电池。而硅 太阳电池又分为单晶硅、多晶硅、带晶及硅基薄 膜太阳电池等等。
（2）新一代低成本多晶硅工艺技术研究空前活跃。 除了传统工艺（电子级和太阳能级兼容）及技术 升级外，还涌现出了几种专门生产太阳能级多晶 硅的新工艺技术，主要有：改良西门子法的低价 格工艺；冶金法从金属硅中提取高纯度硅；高纯 度SiO2直接制取；熔融析出法（VLD：Vaper to liquid deposition）；还原或热分解工艺；无氯 工艺技术，Al－Si熔体低温制备太阳能级硅；熔 盐电解法等。 （新工艺）