半導體玻璃

半導體玻璃，即非晶矽，製造工藝比較簡單，也可製造出很大尺寸的薄膜材料。

基本介紹

• 中文名：半導體玻璃
• 外文名：半導體玻璃
• 定義：電阻率介於絕緣體與導體之間
• 套用：非晶矽太陽能電池
• 學科：電機工程

概述

玻璃半導體是最近在半導體領域內出現的新材料。它的性能和晶體半導體材料迥然不同，有許多後者所不具備的優點，實用可能性日益增長，而且套用面很廣，引起了人們極大的興趣。

半導體材料通常是指電阻率介於絕緣體與導體之間，即電阻率的數值在10^-3~10⁹歐姆·厘米範圍內的材料。如果按照化學成分來分類，有元素半導體(如鍺、矽等)和化合物半導體(如砷化鎵、磷化鎵等)。如果從原子排列的狀態來看，可分晶態半導體(如單晶體、多晶體)和非晶態半導體(如玻璃半導體)。在單晶體中，所有的原子是按一定的規則作周期性的排列，在任何一個原子的周圍與任何一個同種原子的周圍有著完全相同的情況。無數小單晶體不規則組合成一體則構成多晶體。在非晶態半導體中，原子的排列是不規則的，無定形的，所以非晶態半導體又稱無定形半導體。事實上，無定形半導體也並不是完全雜亂無章的，而是短程有序、長程無序的川，就是說，在非晶態半導體中，最近鄰的原子還是有規則的排列著，但次近鄰的原子就可能雜亂地分布著。我們可以這樣認為，在無定形材料中，最鄰近的第十個原子很可能開始完全無序地排列。

半導體玻璃套用

非晶矽太陽能電池。

太陽電池

太陽的能量

人們常說，萬物生長靠太陽。這話一點不假。如果沒有太陽提供的光和熱，地球上幾乎所有的生物都將面臨滅頂之災，人類也不例外。

太陽是離地球最近的一顆恆星，直徑比地球大100多倍。太陽是一個巨大熾熱的大火球，其表面溫度高達6000℃，而其中心的溫度更是高達2000萬℃，在如此之高的溫度下，還有什麼物質能不被熔化呢？！

太陽的巨大能量是從哪裡來的呢？研究表明，太陽本身就是一個大原子核聚變反應堆。這種反應是氫聚變為氦的熱核反應。

熱核反應使太陽向空間輻射出驚人的巨大能量。據推算，太陽總輻射功率約為3.75×l025瓦，這是一個多么令人不可思議的天文數字！

大家知道，地球的平均半徑為6371公里，其總表面積約為5.1億平方公里。太陽投射到地球所在範圍內的輻射功率約為1.8×1017瓦，這僅占太陽輻射總功率的1/22億左右。

據粗略估計，輻射到地球所在範圍內的太陽能約有1/3被地球大氣層反射回宇宙空間去了，還約有1/3被大氣層吸收，剩下1/3多一點的太陽能才能到達地球表面。這樣看來，輻射到地球表面的太陽能的功率約為6×1016瓦。別小看這個數字，它大約為目前世界上各種能源產生的總功率的20000倍！

太陽能電池

利用太陽能的方法有很多，其中最具吸引力的是太陽能電池。只要你稍加留意，在一些比較高檔的電子手錶的表面上以及某些電子計算器的面板上，都有幾塊在陽光下閃閃發光的亮片，這就是半導體太陽能電池。只要安裝上這種小片片，電子表和計算器就不再需要安裝電池了，使用起來十分方便。

半導體材料有一種效應叫做光生伏打效應。這種效應是指，當半導體材料受到光照時，半導體內的電荷分布狀態發生變化而產生電動勢和電流的效應。此時，不需要任何外加電源，只要有光照射，半導體的兩端就會產生電勢差，接上負載後就會產生電流。我們把這類半導體元件稱為光電池或太陽能電池。這是一種把太陽能直接轉變為電能的裝置。據報導，目前太陽能電他的能量轉換效率已可達到20%左右。

目前，研究比較多的太陽能電池材料有矽、砷化鎵、硫化鎘等，其中矽太陽能電池效果最好。大家知道，矽是一種半導體材料，要做成矽太陽能電池，必須在矽片上外延一層摻有不同雜質的薄膜以形成p-n結。由於矽單晶的尺寸受到製造設備等因素的制約，所以目前最有吸引力的是非晶矽太陽能電池。半導體玻璃，即非晶矽，製造工藝比較簡單，也可製造出很大尺寸的薄膜材料，適合於工業化大規模生產，因而顯示出巨大的套用前景。

半導體玻璃的套用前景

太陽能電池的用途可大了！例如，人造衛星安裝上太陽能電池後，可以長期為衛星提供能源。現在已研製成功適合於小型轎車和飛機用的太陽能電池。安裝了這種新能源的汽車和飛機不再需要其他任何燃料，無任何環境污染，可以長期使用。人造衛星、宇宙飛船更是離不開太陽能電池。將來，每幢樓房都可以安裝一個小型太陽能“電站”：在樓頂鋪一層半導體玻璃薄膜材料，有陽光照射時就會產生電力，把多餘的電力存到蓄電池中，到了夜間或陰雨天，再由蓄電池向每個家庭供電。這樣，我們做飯、取暖、洗衣、看電視，就不再需要消耗別的能源了。據測算，按現在一般水平計算，每10米2的太陽能電池每天可提供約5度電能，這些電能足夠一個家庭使用一天。

值得指出的是，目前太陽能電池的造價還偏高，效率也還偏低，要大規模使用仍有困難。但是，隨著科學技術的進步，許多家庭和工廠用上太陽能電池的日子已經為期不遠了。

半導體玻璃的套用已十分廣泛，非晶態矽太陽能電池是人們最為關注的非晶材料的套用之一。該項研究開始於20世紀70年代，到80年代矽太陽能電池的轉換效率已達到10%~20%。矽太陽能電池從1984年起已不再局限於計算器、手錶、乾電池充電器等小型電器供電，而是開始向農田灌溉、住宅用電等電力裝置發展。因而，矽太陽能電池已成為發展最快、市場潛力最大的非晶半導體器件之一。

光電複印機的心臟部件是一個圓柱形金屬鼓，其上用真空蒸發法沉積的一層非晶態硒是一種半導體薄膜，它是一種光導體，通過曝光，其電子電導率大大加強。靜電複印技術就是利用了非晶態硒的這種奇特的光電特性。

除此之外，半導體玻璃還廣泛地套用於其他光敏器件、發光器件、場效應器件、熱敏器件、電子開關與光碟等方面。