袁佳

摘  要：近年来，以单晶硅和多晶硅为代表的各种晶体材料和相关高科技产业的发展，成為现代信息技术产业的支柱，使信息产业成为全球经济发展中增长最快的主导产业。本文针对单晶硅与多晶硅的特征、性质、区别、应用及优缺点进行了分析与研究，为实际开发相关资源提供了理论参考。

关键词：晶体材料;单晶硅;多晶硅;太阳能发电

引言

晶体材料作为一种潜力巨大，开发利用率高的高科技资源，越来越受到人们的关注和重视。目前，为了扩大太阳能发电的消费市场，提高太阳能电池的光电转换效率是非常必要的，而单晶硅和多晶硅在太阳能发电利用中都发挥着巨大作用。从国际发展上看，太阳能电池发展趋势是应用单晶硅、多晶硅、薄膜材料等新型高科技材料，从而在提高发电效率的同时减小生产成本，因此研究晶体材料间的种类区别对相关现代高科技产业发展具有重要意义。

1 晶体材料种类区别

晶体材料种类丰富，本文仅选取最具代表性的单晶硅与多晶硅材料进行比较分析。

1.1 单晶硅晶体性质

单晶硅具有基本完整的晶格结构，在不同的方向具有不同的性质，并且是良好的半导体材料。 其晶体纯度要求达到99.9999%，甚至达到99.9999999%以上。单晶硅具有类金属的物理性质，具有弱的导电性，并且其导电性随着温度的升高而增加，具有显着的半导电性，超纯的单晶硅是本征半导体。在微量单晶硅（例如硼）中加入痕量的IIIA族元素可以提高其导电性，从而形成p型硅半导体;如果添加少量的诸如磷或砷的VA族元素，则可以增加导电度以形成n型硅半导体。单晶硅通常通过制备多晶硅或非晶硅，然后通过Czochralski法或悬浮区熔化法从熔体生长棒状单晶硅来制备。单晶硅主要用于制造半导体元件，并且是用于制造高功率整流器，高功率晶体管，二极管，开关装置等的半导体硅器件的原材料。

1.2 多晶硅晶体性质

多晶硅在高温下具有非常大的化学反应性并且可以与几乎任何材料相互作用。它与单晶硅一样，也是一种重要的半导体，但如果多晶硅中存在少量的杂质其导电性会受到极大影响。 多晶硅是元素硅的一种形式，如果这些晶核生长成具有不同晶体取向的晶粒，则晶粒结合形成晶体成为多晶硅，多晶硅可以用作拉制单晶硅的原料。

1.3 单晶硅与多晶硅差异比较

多晶硅和单晶硅之间的差异主要表现在物理性质上。当熔融的元素硅凝固时，硅原子以金刚石晶格排列成多个晶核，并且如果这些核生长成具有相同晶面取向的晶粒，则形成单晶硅;如果这些晶核生长成具有不同晶面取向的晶粒，则形成多晶硅。在性能方面例如，就机械性能，电性能等而言，多晶硅不如单晶硅表现的好。单晶硅可以被认为是世界上最纯净的物质，而多晶硅是制造单晶硅的原料，单晶可以通过多晶直拉工艺进行原子结构重组。单晶硅和多晶硅之间的区别在于它们的原子结构排列，单晶中原子排列是有序的，而在多晶中是无序排列的，这主要取决于晶体材料的加工技术。

2 多晶硅优势分析

随着中国集成电路，硅片生产和太阳能电池产业的发展，多晶硅在国内和国际市场上有着巨大的需求，价格也在不断上涨。在光伏产业、微电子产业、大规模集成电路以及太阳能电池产业中，多晶硅已经被誉为其原料的的基石，作为这些产业中的重要基础原料，多晶硅的发展和应用水平已成为衡量一个国家国防实力、现代化水平以及综合国力的重要指标之一。

多晶硅是单质硅的一种形态。当在过冷条件下，熔融的元素硅固化时，以金刚石晶格形式排列的硅原子将会形成多个晶核。如果这些晶核生长成具有不同晶体取向的晶粒，则晶粒结合形成晶体成为多晶硅。多晶硅可以用作拉制单晶硅的原料，从工业化的角度来看，以后的发展趋势将是单晶到多晶硅和薄膜的发展，这其中的主要原因为：

A. 目前太阳能电池的头尾材料普遍较少;

B. 对于太阳能电池，方形基板更具成本效益，并且通过浇铸方法和直接凝固方法获得的多晶硅可以直接获得方形材料;

C. 多晶硅的生产过程不断发展和进步;

D. 由于过去十年中单晶硅技术的快速研究和开发，该工艺也已应用于多晶硅电池的生产。丝网印刷技术可以将栅电极的宽度减小到50微米，高度可以减小到15微米以上。单片热处理时间可在不到一分钟的时间内完成，使用该工艺可在100平方厘米的多晶硅晶片上实现超过14%的电池转换效率。

结论

近年来，以单晶硅和多晶硅为代表的各种晶体材料和相关高科技产业的发展，成为现代信息技术产业的支柱，使信息产业成为全球经济发展中增长最快的主导产业。本文针对单晶硅与多晶硅的特征、性质、区别、应用及优缺点进行了分析与研究，为实际开发相关资源提供了理论参考。

参考文献

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