第一章晶體的基本知識

1、太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)原子結(jié)構(gòu)2化學(xué)鍵與分子結(jié)構(gòu)3晶體缺陷4半導(dǎo)體物理5太陽電池基礎(chǔ)6晶體的基本知識1目 錄硅太陽電池生產(chǎn)工藝7太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)晶體的特性2常見晶體的類型3晶體與非晶體1第1章 晶體的基本知識空間點(diǎn)陣和晶胞4倒格子5太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.1 晶體與非晶體 固體物質(zhì)根據(jù)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，即微粒的排列形式可分為晶體和非晶體兩類。太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.2 晶體的特性1.2.1 1.2.1 晶體的自限性晶體的自限性太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1

2、.2 晶體的特性1.2.2 1.2.2 晶體的對稱性晶體的對稱性太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.2 晶體的特性太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.2 晶體的特性1.2.3 1.2.3 晶體固定的熔點(diǎn)晶體固定的熔點(diǎn)太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.2 晶體的特性1.2.4 1.2.4 晶體的均勻性晶體的均勻性 由于同一個晶體的各個不同部分，質(zhì)點(diǎn)的分布是一樣的，所以晶體的各個部分的物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)也是相同的，這就是晶體的均一性。這是由晶體的格子周期性構(gòu)造所決定的。太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.2 晶體的特性1.2.5 1.2.5 晶體的各向異性晶體的各向異性太陽能光伏

3、理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.2 晶體的特性1.2.6 1.2.6 晶體的解理性晶體的解理性 當(dāng)晶體受到敲打、剪切、撞擊等外界作用時(shí)，有沿某一個或幾個具有確定方位的晶面劈裂開來的性質(zhì)。太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.2 晶體的特性1.2.7 1.2.7 最小內(nèi)能和穩(wěn)定性最小內(nèi)能和穩(wěn)定性 在相同的熱力學(xué)條件下，以具有相同化學(xué)成分的晶體與非晶體相比，晶體是穩(wěn)定的，內(nèi)能是最小的，非晶體是不穩(wěn)定的，后者有自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)榫w的趨勢，因而結(jié)晶狀態(tài)是一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)。太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.2 晶體的特性1.2.8 1.2.8 晶體能使晶體能使X X射線產(chǎn)生衍射射線產(chǎn)生衍射 晶體結(jié)構(gòu)的

4、周期和射線的波長差不多，作為三維光柵，使射線產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，射線衍射是了解晶體結(jié)構(gòu)的重要實(shí)驗(yàn)方法。太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.2 晶體的特性1.2.9 1.2.9 晶面角守恒晶面角守恒太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.2 晶體的特性太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.3 常見晶體的類型1.3.1 1.3.1 晶體的分類晶體的分類 晶體按其結(jié)構(gòu)粒子和作用力的不同可分為離子晶體、原子晶體、分子晶體、金屬晶體和氫鍵晶體，根據(jù)功能不同可分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體、磁介質(zhì)、電介質(zhì)和超導(dǎo)體。太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.3 常見晶體的類型1.3.2 1.3.2 常見半導(dǎo)體材料常

5、見半導(dǎo)體材料 常用的半導(dǎo)體材料分為元素半導(dǎo)體和化合物半導(dǎo)體。元素半導(dǎo)體是由單一元素制成的半導(dǎo)體材料，主要有硅、鍺、硒等?；衔锇雽?dǎo)體由兩種或兩種以上的元素化合而成。太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.3 常見晶體的類型1.3.3 1.3.3 半導(dǎo)體的摻雜半導(dǎo)體的摻雜 在高純半導(dǎo)體材料中摻入適當(dāng)雜質(zhì)后，由于雜質(zhì)原子提供導(dǎo)電載流子，使材料的電阻率大為降低。這種摻雜半導(dǎo)體常稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.4 空間點(diǎn)陣和晶胞1.4.1 1.4.1 晶體的微觀描述晶體的微觀描述（1）晶體結(jié)構(gòu)太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.4 空間點(diǎn)陣和晶胞（2）陣點(diǎn)、空間點(diǎn)陣、晶格太

6、陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.4 空間點(diǎn)陣和晶胞太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.4 空間點(diǎn)陣和晶胞太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.4 空間點(diǎn)陣和晶胞1.4.2 1.4.2 晶格的周期性晶格的周期性（1）原胞太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.4 空間點(diǎn)陣和晶胞（2）晶胞 晶體除了微觀結(jié)構(gòu)的周期性外，每種晶體還有其特殊的宏觀對稱性，在結(jié)晶學(xué)中能反映晶體的周期性，又能反映其對稱性的特征，通常不一定取最小的結(jié)構(gòu)單元作為重復(fù)單元，而是按對稱性特點(diǎn)選取其結(jié)構(gòu)單元，通常是最小單元的幾倍，稱為晶胞。太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.4 空間點(diǎn)陣和晶胞（3）基矢與點(diǎn)陣常數(shù) 在

7、選取的平行六面體中，3個不同方向的邊長矢量稱為基矢。以 表示原胞的基矢，a、b、c表示晶胞的基矢。個基矢的長度和個基矢之間的夾角、是描述這個點(diǎn)陣的基本參數(shù)。個基矢的長度統(tǒng)稱為點(diǎn)陣常數(shù)。太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.4 空間點(diǎn)陣和晶胞（4）威格納-塞茲原胞 太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.4 空間點(diǎn)陣和晶胞1.4.3 1.4.3 晶列晶向晶面和它們的標(biāo)志晶列晶向晶面和它們的標(biāo)志（1）晶列 太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.4 空間點(diǎn)陣和晶胞（2）晶向 在晶格中，每一個晶列定義了一個方向，稱為晶向，利用晶向指數(shù)來表示?！纠?-1】如圖1-22，求簡單立方結(jié)構(gòu)中犇犆晶向指數(shù)。

8、太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.4 空間點(diǎn)陣和晶胞（3）晶向族太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.4 空間點(diǎn)陣和晶胞太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.4 空間點(diǎn)陣和晶胞（4）晶面太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.4 空間點(diǎn)陣和晶胞（5）晶面族太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.4 空間點(diǎn)陣和晶胞1.4.4 1.4.4 晶體結(jié)構(gòu)的分類晶體結(jié)構(gòu)的分類太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.4 空間點(diǎn)陣和晶胞太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.4 空間點(diǎn)陣和晶胞接上圖接上圖太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.4 空間點(diǎn)陣和晶胞太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1

9、.4 空間點(diǎn)陣和晶胞太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.4 空間點(diǎn)陣和晶胞1.4.5 1.4.5 常見的晶體結(jié)構(gòu)常見的晶體結(jié)構(gòu)（1）簡單立方結(jié)構(gòu)太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.4 空間點(diǎn)陣和晶胞太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.4 空間點(diǎn)陣和晶胞（2）體心立方結(jié)構(gòu)太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.4 空間點(diǎn)陣和晶胞（3）密堆積結(jié)構(gòu)面心立方結(jié)構(gòu)太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.4 空間點(diǎn)陣和晶胞太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.4 空間點(diǎn)陣和晶胞密排六方結(jié)構(gòu)太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.4 空間點(diǎn)陣和晶胞（4）復(fù)式結(jié)構(gòu)太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化

10、基礎(chǔ)1.4 空間點(diǎn)陣和晶胞金剛石結(jié)構(gòu)太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.4 空間點(diǎn)陣和晶胞NaCl結(jié)構(gòu)太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.4 空間點(diǎn)陣和晶胞1.4.6 1.4.6 晶體中原子排列的配位數(shù)和致密度晶體中原子排列的配位數(shù)和致密度太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.5 倒格子1.5.1 1.5.1 倒格子的概念倒格子的概念太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.5 倒格子1.5.2 1.5.2 倒格基矢與正格基矢的關(guān)系倒格基矢與正格基矢的關(guān)系太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.5 倒格子1.5.3 1.5.3 倒格子與正格子的關(guān)系倒格子與正格子的關(guān)系（1）正格子原胞體積與倒格子原胞體積之積等于（2）倒格子與正格子互為對方的倒格子（3）倒格矢量 與正格子晶面組 正交太陽能光伏理化基礎(chǔ)太陽能光伏理化基礎(chǔ)1.5 倒格子（4）倒格矢量