气体在太阳能与光纤应用

太阳能电池的应用

太阳能电池的应用 1839年法国科学家 E Becquerel发现液体的光 生伏特效应 (简称光伏效应)。1954年 , 美国贝尔实验室研制出单晶硅太阳能电池。

太阳能电池的原理是基于半导体的光伏效应 , 将太阳辐射直接转换成电能。在pn结的内建电场作用下 , n区的空穴向p区运动 , 而p区的电子向 n区运动 , 最后造成在太阳能电池受光面 (上表面) 有大量负电荷 (电子) 积累 , 而在电池背光面 (下表面) 有大量正电荷 (空穴) 积累。如在电池上、下表面做上 金属电极 , 并用导线接上负载 , 在负载上就有电流通过。只要太阳光照不断 , 负载上就一直有电流通过。

太阳能电池的应用首先是在太空领域。1958 年 , 美国首颗以太阳能电池作为信号系统电源的卫星先锋一号发射上天。随后 , 太阳能电池在照明、信号灯、汽车、电站等领域被广泛采用。特别是与LED技术的结合 , 给太阳能电池的普及带来了巨大潜力。

212晶体硅太阳能电池生产工艺和气体应用商业化生产的晶体硅太阳能电池通常采用多晶 硅材料。硅片经过腐蚀制绒 , 再置于扩散炉石英管内 , 用 POCl3 扩散磷原子 , 以在 p型硅片上形成深 度约 015μm 左右的 n型导电区 , 在界面形成 pn 结。随后进行等离子刻蚀刻边 , 去除磷硅玻璃。接着在受光面上通过 PECVD制作减反射膜 , 并通过丝网印刷烧结工艺制作上下电极。 晶体硅电池片生产中的扩散工艺用到 POCl3 和 O2。减反射层 PECVD 工艺用到 SiH4、NH3 , 刻蚀 工艺用到 CF4。其发生的化学反应分别为 : POCl3 +O2 → P2O5 +Cl2 P2O5 + Si → SiO2 + P SiH4 + NH3 → SiNx: H + H2 CF4 + O2 + Si → SiF4 + CO2

213 薄膜太阳能电池生产工艺和气体应用 商业化生产的薄膜太阳能电池分为非晶硅 ( a2 Si) 薄膜和非晶/微晶硅 ( a2Si /μc2Si) 叠层薄膜。后者对太阳光的吸收利用更充分。其生产工艺首先是在玻璃基板上制造透明导电膜 ( TCO )。一般通 过溅射或 LPCVD的方法。然后再通过 PECVD方法 沉积 p型、 i型和 n型薄膜。最后用溅射做背电极。非晶硅太阳能电池在 LPCVD沉积 TCO工序用 到 DEZn、B2 H6 ; 非晶 /微晶硅沉积工序用到 SiH4、PH3 /H2、TMB /H2、CH4、NF3 等。其发生的化学 反应分别为 : Zn (C2 H5 ) 2 + H2O → C2 H6 + ZnO SiH4 + CH4 → a2SiC: H + H2 SiH4 → a2Si: H + H2

光纤应用

光纤是当前信息传输中无可替代的传输介质 , 全球 80%以上信息量通过光纤传输。光纤的主要成分是 SiO2。从目前制造光纤的工艺来看 , 其主要原材料是 SiCl4。当然根据光纤的品种不同 , 类型不同 , 芯层掺杂微量元素的比例和成分也会不同。而芯层掺杂的不同决定着光纤的特性。

根据国际电信联盟 ( ITU) 的相关规定 , 光纤的种类主要分为多模光纤 ( G1651光纤 , 主要运用于局域网的传输 )、单模光纤 ( G1652主要运用于城域网、局 域网和长途干线的传输)、色散位移单模光纤 ( G1653) 和截止波长单模光纤 ( G1654)、非零色散位移单模光纤 ( G1655 /G1656, 主要用于长途干线)。

512 光纤预制棒的生产工艺和气体应用通信用光纤大多数是由石英材料组成的。光纤制造过程包括光纤预制棒制备、光纤拉丝等步骤。

目前，光纤预制棒制备最常用的是两步法 : 第一步采用气相沉积工艺 , 如外部气相沉积法 (OVD )、 轴向气相沉积法 (VAD)、改进的化学气相沉积法 (MCVD)、等离子化学气相沉积法 (PCVD ) 等 , 来生产光纤预制棒的芯棒 (Core2rod) ; 第二步是在气相沉积工艺获得芯棒的基础上加入外包层 (Over2cladding) , 制成光纤预制棒。化学气相沉积的核心反应是 SiCl4 和 GeCl4 在 氢、氧火焰环境下 , 水解生成 SiO2 和 GeO2 粉尘 (SOOT)。其中 SiCl4、GeCl4 需要加热 , 用蒸气或 氩气携带的方式送入反应室。常用的其它特气还有 CH4、CF4、Cl2、SF6 等。