北大2017硅基暑期学校心得体会

第一篇：北大2017硅基暑期学校心得体会

2017北京大学硅基光电子技术及应用暑期学校心得体会

盛夏七月，流金铄石，转眼间，这次为期两个星期的硅基光电子暑期学校就要过去了。之前申请的时候看到授课老师都是如此的大牛，就感觉机会难得，于是抱着成了就抓住机会败了也没什么损失的心态向北大递交了申请。非常幸运，申请通过了，也获得了聆听大牛亲自授课传道的机会。

开学第一天，周治平教授即以非常亲切、认真、负责的态度向我们简要介绍了硅基光电子学的历史背景、发展趋势及相关研究必要性，清楚明白地使我们明白了硅基光电子学的基本概念。也是在周老师的带领下，我们进入了神秘而有趣的硅基光电子世界。之后几天，来自北大的王兴军老师、来自浙大的储涛老师与戴道锌老师、来自宝岛台湾的林清富老师、来自中科院的陈宝钦教授与祁楠老师、有着海外经历的施炜老师与陈思铭老师以及一些企业分别从不同的角度与层面向我们展示了硅基光电子学的现状、发展及应用。

每个老师都具有自己十分鲜明的授课特色。其中令我印象特别深刻的应该是陈宝钦先生。40年代出生，经历了当年那个特殊的年代，也干过最苦最累最脏的活，但依然不忘初心，一辈子奋斗在科研第一线。即使如今退休了，也依然向祖国的花朵科普最前沿的科学知识，为祖国的科研事业奉献自己的一份力量。他最令我敬佩的不仅是在科学上贡献了巨大的力量，更是在于他即使多经苦难却依然保持着乐观、年轻、进取的心态！也因此，我更喜欢称呼他为陈先生而不是陈老师或者陈教授。他的座右铭“能做好每一件简单的事情，就是不简单；能做好每一件平凡的事情，就是不平凡”也正是他做人做事的写照。整个授课过程中，陈先生精神抖擞，风趣幽默，逻辑清晰地向我们阐述了他几十年来做的微电子工作与相关的发展历程。数百张的PPT也并没有出现逻辑混乱、条理不清的现象，陈先生真正深入浅出地向我们讲解了微电子技术与硅基光电子的科学基础知识。最后大大小小、奇形怪状的魔方更是让我见识了陈先生的智慧。每一个魔方，陈先生都能将其玩法与科学知识所结合，真是令人惊赞不已！不止如此，他还将魔方的科学玩法广为介绍，真正地将科学寓教于乐。陈先生真是当之无愧的大家！

当然不止陈先生，其他各位老师也都从不同方面介绍了硅基光电子学的相关知识。微环谐振抢、耦合工艺、硅基光源的选择、硅太阳能电池、调制器等等等等，这些或基础或前沿的知识真正让我见识了硅基光电子学的强大。不仅如此，来自中国电科集团第38研究所、贝思科尔公司及KLA-Tencor公司的科研技术人员也从市场和工业技术的角度向我们介绍了硅基光电子学的广泛且巨大的应用价值。说实话，这些都让自己更加坚定了学习光学的信心

与决心。

这次暑期学校的经历让我领略了科研的魅力、大牛的风采，也了解了硅基光电子学的相关知识，多角度地拓展了自己的科研视野。在这数十天的学习过程中，老师与同学们的互动都让自己受益匪浅。不仅如此，此行也让我认识了新的朋友，坚定了自己努力科研的决心，也增强了自己在光学科研道路走下去的信心。毕竟还有如此多又如此强大的同伴们在风雨同舟！

总而言之，这次的暑期班从科研、为人、处事等多方面提高、充实并完善了自己。我相信，认准一个目标，努力坚持，不懈创新，在科研中学习，在学习中成长，在成长中实践，在实践中科研。我们就一定能达到自己想达到的，实现自己想完成的。

衷心感谢周老师、王老师为我们提供的硅基光电子技术及应用暑期学校学习机会！也衷心祝愿硅基光电子暑期学校能持续不断地办下去并越办越好！

第二篇：硅基太阳能电池的发展及应用

..硅基太阳能电池的发展及应用

摘要：太阳能电池是缓解环境危机和能源危机一条新的出路，本文介绍了硅基太阳能电池的原理，综述了硅基太阳电池的优点与不足，以及硅基太阳能电池和其他太阳能电池的横向比较，硅基太阳能电池在光伏产业中的地位，并展望了发展趋势及应用前景等。

关键词：硅基

太阳能电池

转换效率

1引言

二十一世纪以来，全球经济增长所引发的能源消耗达到了空前的程度。传统的化石能源是人类赖以生存的保障，可是如今化石能源不仅在满足人类日常生活需要方面捉襟见肘，而且其燃烧所排放的温室气体更是全球变暖的罪魁祸首。随着如今全球人口突破70亿，能源的需求也在过去30年间增加了一倍。特别是电力能源从上世纪开始，在总能源需求中的比重增长迅速。中国政府己宣布了其在哥本哈根协议下得承诺，至2020年全国单位国内生产总值二氧化碳排放量比2005年下降40%--45%，非化石能源占一次能源消费的比重提高至少15%左右【6】。

目前太阳能电池主要有以下几种：硅太阳能电池，聚光太阳能电池，无机化合物薄膜太阳能电池，有机化合物薄膜太阳能电池，纳米晶薄膜太阳能电池，叠层薄膜太阳能电池等，其材料主要包括产生光伏效应的半导体材料，薄膜衬底材料，减反射膜材料等【5】。

（图1：太阳能电池的种类）

太阳电池的基本工作原理是：在被太阳电池吸收的光子中，那些能量大于半导体禁带宽度的光子，可以使得半导体中原子的价电子受到激发，在p区、空间电荷区和n区都会产生光生电子左穴对，也称光生载流子。这样形成的光生载流子由于热运动，向各个方向迁移。光生载流子在空间电荷区中产生后，立即被内建电场分离，光生电子被推进n区，光生空穴被推进p区。因此，在p-n结两侧产生了正、负电荷的积累，形成与内建电场相反的光生电场。这个电场除了一部分要抵消内建电场以外，还使p型层带正电，n型层带负电，因此产生了光生电动势，这就是光生伏特效应(简称光伏)。

图1典型的晶体硅太阳电池结构图【6】

由于太阳能能源有如此优越的特性，因此，大力发展可再生能源成为了当今世界的热门研究领域，从长远角度来看，在各种可再生能源技术光伏发电自20世纪90年代后半期进入了快速发展时期，最近10年和最近5年的太阳电池的年均增长率都达到了爆发性的水平。我国太阳能光伏产业的发展在世界光伏市场的拉动下快速发展起来。2007年我国太阳电池产量达到了1088 MW，占世界总产量的27.2%，超过了日本(920 MW)和欧洲(1062.8 MW)，成为世界太阳电池的第一大生产国。到了2010年中国光伏电池产量己超过全球总产量的50%，目前己有数十家公司在海外上市，行业年产值超过3000亿人民币。太阳能光伏发电技术具有可持续发展的特点;最丰富的资源来源(太阳)和最洁净的发电过程【4】。

由于太阳电池研究涉及的学术与技术内容过于广泛，而且据近几年市场数据分析，硅基太阳能电池占太阳能电池总产量的98%，故本文只对当前生产化主要的硅基太阳能电池材料进行论述。

硅基太阳能电池的原理与特点

根据硅片厚度的不同，可分为晶体硅太阳能电池和薄膜硅太阳能电池两大类。本文主要论述以下几种硅基太阳能电池的基本原理：单晶硅太阳能电池，多晶硅太阳能电池，多晶硅薄膜太阳能电池，非晶硅薄膜太阳能电池，微晶硅薄膜太阳能电池。

晶体硅的发电过程大致如下：P型晶体硅经过掺杂磷可得N型 硅，形成P-N结，当光线照射到硅晶体的表面时，一 部分光子被硅材料吸收，光子的能量传递给硅原子，使电子发生跃迁，成为自由电子，在P-N结两侧聚 集，产生电位差。当外部接通电路时，在该电压的作 用下，将有电流流过外部电路产生一定的输出功率。

2.1 单晶硅太阳能电池

硅系列太阳能电池中，单晶硅大阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的成热的加工处理工艺基础上的。现在单晶硅的电地工艺己近成熟，在电池制作中，一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术，开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池。提高转化效率主要是靠单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。在此方面，德国夫朗霍费费莱堡太阳能系统研究所保持着世界领先水平。该研究所采用光刻照相技术将电池表面织构化，制成倒金字塔结构。并在表面把一13nm。厚的氧化物钝化层与两层减反射涂层相结合．通过改进了的电镀过程增加栅极的宽度和高度的比率：通过以上制得的电池转化效率超过23%，是大值可达23．3％。Kyocera公司制备的大面积（225cm2）单电晶太阳能电池转换效率为19．44%，国内北京太阳能研究所也积极进行高效晶体硅太阳能电池的研究和开发，研制的平面高效单晶硅电池（2cm X 2cm）转换效率达到19.79%，刻槽埋栅电极晶体硅电池（5cm X 5cm）转换效率达8.6%。

2.1.1 单晶硅的优点和不足

单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，虽然其转换效率高，但是制作单晶硅太阳能电池需要大量的高纯度硅材料，且工艺复杂，电耗很大池工艺影响，且太阳能电池组件平面利用率低，致使单晶硅成本价格居高不下。要想大幅度降低其成本是非常困难的。为了节省高质量材料，寻找单晶硅电池的替代产品，现在发展了薄膜太阳能电池，其中多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池就是典型代表。

2.2多晶硅太阳能电池

目前，太阳能使用的多晶硅材料，多半是含有大量单晶硅颗粒的集合体，或用废弃单晶硅材料和冶金基硅材料熔化浇筑而成，其工艺过程是选择电阻率为100-300cm的多晶块料或单晶硅头尾料，经破碎，用1:5的氢氟酸液混合进行适当的腐蚀，然后用离子水冲洗呈中性，并烘干，用石英坩埚装好许多硅料，加入适当硼硅，放入浇铸炉，在真空状态下加以熔化，熔化后保持约20min,然后注入石墨铸模中，慢慢冷却后即基硅锭，然后切片加工成太阳能电池片，即多晶硅太阳能电池。

2.2.1 多晶硅太阳能电池的优点和不足

它的成本和单晶硅差不多，其转换约为12%左右，稍低于单晶硅太阳能电池，但是材料制造简便，总的生产成本较低，因此得到了大量发展。

2.3 多晶硅薄膜太阳能电池

通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350－450μm的高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。因此实际消耗的硅材料更多。为了节省材料，人们从70年代中期就开始在廉价衬底上沉积多晶硅薄膜，但由于生长的硅膜晶粒大小，未能制成有价值的太阳能电池。为了获得大尺寸晶粒的薄膜，人们一直没有停止过研究，并提出了很多方法。目前制备多晶硅薄膜电池多采用化学气相沉积法，包括低压化学气相沉积（LPCVD）和等离子增强化学气相沉积（PECVD）工艺。此外，液相外延法（LPPE）和溅射沉积法也可用来制备多晶硅薄膜电池【3】。2.3.1多晶硅薄膜太阳能电池的优缺点

多晶硅薄膜电池由于所使用的硅远较单晶硅少，又无效率衰退问题，并且有可能在廉价衬底材料上制备，其成本远低于单晶硅电池，而效率高于非晶硅薄膜电池，因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。2.4 非晶硅薄膜太阳能电池

非晶态硅，其原子结构不像晶体硅那样排列得有规则，而是一种不定形晶体结构的半导体。非晶硅属于直接带系材料，对阳光吸收系数高，只需要1 ùm厚的薄膜就可以吸收80%的阳光。非晶硅薄膜太阳能电池于1976年问世，非晶硅薄膜太阳能电池的成本低，便于大规模生产。由于硅原料不足和价格上涨，促进了高效使用硅的技术和非晶硅薄膜系太阳能电池的开发。非晶硅薄膜电池低廉的成本弥补了其在光电转换效率上的不足，未来将在光伏发电上占据越来越重要的位置。但是由于非晶硅缺陷较多，制备的太阳能电池效率偏低，且其效率还会随着光照衰减，导致非晶硅薄膜太阳能电池的应用受到 限制。目前非晶硅薄膜电池研究的主要方向是与微晶硅结合，生成非晶硅/晶硅异质结太阳能电池，这种电池不仅继承了非晶硅电池的优点，而且可以延缓非晶硅电池的效率随光照衰减的速度，目前单结非晶硅薄膜电池的最高转换效率为17.4%【3】。

2.4.1非晶硅薄膜太阳能电池优点与缺陷

非晶硅薄膜太阳能电池与晶体硅太阳能电池相比，具有重量轻、工艺简单、成本低、耗能少和便于大规模生产等优点，因此受到人们 重视，并得到迅速的发展。非晶硅薄膜太阳能电池首先实现商品化，也是目前产业规模最大的薄膜电池。

虽然非晶硅薄膜太阳能电池得到了广泛的研究和应用。但是，依然存在着很多问题需要去解决:y光学禁带宽度为1.7 eV，使得材料本身对太阳辐射光谱的长波区域吸收不敏感，限制了其光电转换效率;(2)光电转换效率随着光照时间的增长而衰弱，即所谓的光致衰退(S W)【2】效应，使得电池性能不稳定;(3)制备过程中，非晶硅的沉积速率较低，影响了非晶硅薄膜太阳能电池的商业化生产;(4)电池组件的后续加工困难，如Ag电极的处理问题;(5)在薄膜沉积过程中存在大量的负面杂质，如Oz , Nz和C等，影响薄膜的质量和电池的稳定性。2.5 微晶硅薄膜太阳能电池

微晶硅薄膜可采用与非晶硅兼容的技术制备，鉴于非晶硅良好的短波响应特性和微晶硅良好的长波响应特性，常用微晶硅作底电池，形成非晶硅/微晶硅叠层结构，可大幅度提高转换效率。通过诸多实验室的努力，微晶硅电池自1994年被报道以来，转换效率得到明显的提高。目前，单结微晶硅电池的效率已超过10%，微晶硅薄膜的制备方法有:基于高氢气稀释比，高功率密度的PECVI〕技术;用氢等离子体退火处理a-Si:H薄膜;电子回旋共振担CR)等离子体淀积技术;用热丝法(VV1J或Cat)技术【1】。2.5.1微晶硅薄膜太阳能电池的优势与不足

微晶硅薄膜太阳能电池具有过渡层结构，几乎没有s-w效应，稳定性好，可拓展太阳光谱范围，使其转换效率高，具有与非晶硅材料相同的低温工艺、工艺简单、便于大面积生产的优点，主要存在的问题就是其生长速率较低的问题，不利于降低制造成本。这将成为今后重点的研究方向。主流太阳能电池材料的比较

单晶硅太阳能电池是开发得最早、使用最广泛的一种太阳能电池，其结构和生产工艺已定型，产品已广泛应用于空间技术和其它方面单晶硅太阳能电池是由高质量的单晶硅材料制成的.目前，商用晶体硅光伏产品的光转化率约为20%左右.由于单品硅材料的制作成木昂贵，而半导体薄膜太阳能电池材料只需几微米厚就能实现光电转换.是降低成本和提高光子循环的理想材料，非晶硅薄膜太阳能电池是用非晶硅半导体材料制备的一种薄膜电池。非晶硅薄膜太阳能电池可以用玻璃、特种塑料、陶瓷、不锈钢等为衬底.多晶硅薄膜太阳电池是将多晶硅薄膜生长在低成本的衬底材料上作为太阳电池的激活层。纳米Ti0:半导体的化学性质稳定.纳米Ti0:半导体用做太阳能电池材料的原理与硅半导体相同.但TiO:是宽禁带(3.2eV)半导体化合物，应用于太阳能电池只有波长较短的太阳光（λ ≥387nm)才能被吸收.而这部分紫外线((300--400nm)只占到达地面上的太阳光能的4%-6%，太阳能利用率很低.提高太阳能吸收效率的途径是缩短Tin:半导体的禁带宽度使其吸收光谱向可见光扩展，可以通过金属离子掺杂、非金属离子注人、半导体复合以及染料敏化等几个方法来缩短Ti0:的禁带宽度。

从20世纪70年代起开始探索一些具有大共扼结构的有机化合物或金属配合物用做太阳能电池材料与无机半导体太阳能电池相比，有机材料制备太阳能电池具有制造面积大、制作简单、廉价、并且可以在可卷曲折叠的衬底上制备具有柔性的太阳能电池等优点.有机太阳能电池材料主要是一些具有大共扼结构的有机小分子花类化合物、有机染料分子、富勒烯及其衍生物等.有机小分子化合物的主要优势是制备和表征比较简单，化学结构很容易修饰，可以根据需要进行设计和改变官能团。

过渡金属配合物是一类新型的光电材料化合物，它可以兼有过渡金属离子的变价特性和有机分子结构的多样性，这类化合物的特点是过渡金属离子被有机配体所环绕，有机配体易于进行分子设计和分子裁剪，而过渡金属离子的d轨道或漱道上具有未成对电子，能形成特有的光电性质。目前用做太阳电池材料的金属配合物主要有菁类化合物和具有共扼结构的联毗啶过渡金属配合物。

染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized Soar Cells, DSSCs).以半导体 Ti02薄膜为光阳极，并引入了染料敏化剂，使电池效率达到7.1%，这种电池的出现为太阳能电池的发展带来了新方法，它将带有发色团的染料分子引人到半导体中，大大增强了半导体TiO,捕获太阳光的能力。由于现在对界面电荷的分离机理还不是很明确，当电荷分离形成之后就会发生电荷的迁移电子移向正极而空穴移向负极，从而在两极间形成一定的电势，但在电荷的迁移过程中，也伴随着电荷的重新结合(重合)。电荷重合浪费了界面电荷分离所储存的电势能，极大地降低光电转化的效率.目前染料敏化太阳能电池材料还存在光电转换率低，或是电池材料的寿命短.因此寻找光转换效率高寿命长的光敏染料是染料敏化太阳能电池材料研究的重要方向。硅基太阳能电池的发展和应用前景 4.1 硅基的发展历程

硅基太阳能电池的发展可划分为三个阶段（如图1所示），每一阶段效率的提升都是因为新技术的引入。

图1电池效率发展路程图

1954年贝尔实验室Chapin等人开发出效率为6%的单晶硅太阳能电池到1960年为第一发展阶段，导致效率提升的主要技术是硅材料的制备工艺日趋完善、硅材料的质量不断提高使得电池效率稳步上升，这一期间电池效率在15%。1972年到1985年是第二个发展阶段，背电场电池（BSF）技术、“浅结”结构、绒面技术、密栅金属化是这一阶段的代表技术，电池效率提高到17%，电池成本大幅度下降。1985年后是电池发展的第三阶段，光伏科学家探索了各种各样的电池新技术、金属化材料和结构来改进电池性能提高其光电转换效率：表面与体钝化技术、Al/P吸杂技术、选择性发射区技术、双层减反射膜技术等。许多新结构新技术的电池在此阶段相继出现，如效率达24.4%钝化发射极和背面点接触（PERL）电池。目前相当多的技术、材料和设备正在逐渐突破实验室的限制而应用到产业化生产当中来。目前已经有多家国内外公司对外宣称到2008年年底其大规模产业化生产转换效率单晶将达到18%，多晶将超过17%。

4.2 硅基太阳能电池的应用前景

目前，硅基电池已广泛应用于工业、农业、商业、通信、军事、航火等领域。还包括家用电器以及公用设施。硅基电池的应用主要可分为3种类型:并网型、离网和家用电器产品。

4.2.1 并网

进入21纪以来，全球太阳能光伏并网发电并网容址增长了44.1倍.从2000年的28 7MW递增至2008年的29.85MW，年均增长率 达60.99%，同比2007年增长了72.65%.全球太阳能光伏并网发电并网累积总里增长10.5倍，从2000的1.435G增至2008年的16.4GW，年增长率为35.6%。世界各国都在楼宇和家居屋顶应用了太阳能电池，所发的电大都可以并网。4.2.2离网应用

与井网发电相比，离网发电具有灵活等特点，特点，始终占据着重的市场份领，如用于通信联络中继站的供电、边远山区小功率的生活用电等场合。在不少偏远地区如远离城市的农场、山区、葡萄园采用离网方式发电，如水泵的供电系统。功率可高达441.3KW。

4.2.3 家用电器应用

太阳能发电虽受昼夜、晴雨、季节的影响，但可以分散地进行，所以它适合于各家各户分散进行发电，而且要联接到供电网络上。太阳电池日益成为家用电器的“能源心脏”。

1.太阳能电话。以太阳能作能源的无线电话已在英国一家无线电公司问世。它利用顶端上装的太阳能接收板，可以不断给电池充电。使用者的声音通过无线电波输入附近的电话交换机，再传送到各地电话通讯网去。巴黎伏德瓦特公司制作的太阳能收费公用电话，耗电量极低，只要在阳光下充电几小时，便足够使用10多天。

2.太阳能冰箱。法国的太阳能冰箱以甲醇为制冰剂，每24小时可制冰10公斤，保鲜30公斤食物。印度研制出一种仓库用的大型太阳能冰箱，上部装的抛物线镜面将阳光集中在半导体网孔上，把光转换成电流，箱内温度保持在－2℃，可冷藏500公斤食品，每天还可制出25公斤冰来。

3.太阳能空调器。日本夏普电器公司制造的这种空调装置，当天气晴朗时，全部动力都由阳光供给，多云或阴天时才使用一般电源。期间的转换由控制系统自动完成，用它可使一间18平方米的居室室温保持在20℃左右，并较一般空调器节约电费60％以上。

4.太阳能电视机。芬兰研制的太阳能电视机只要白天把半导体硅光电池转换器放在有阳光的窗台上，晚上不需电源便可观看电视。转换器贮存的电能，可供工作电压为12伏的电视机使用3至4小时。印度研制的太阳能电视机，其能源吸收系统只要每天工作4小时，即使连续3天无太阳，也能正常接收信号播放节目。

5.太阳能照相机。日本制作的世界上第一架太阳能照相机，重量仅有475克，机内装有先进的太阳能电池系统，其蓄电池可连续使用4年。美国一家公司生产了一种新型的135照相机。它的光圈、速度均由微电脑自动控制，电力则由太阳能硒光电池提供，只要有光线就能供电。

5.总结

目前晶体硅电池仍然是硅基太阳能电池的主要部分，但由十成木、环保等发而的制约。为了寻找晶硅电池的替代品，人们除开发了硅基薄膜太阳能电池外，又不断研制其它材料的太阳能电池。其中主要包括砷化嫁III-V族化合物、硫化福、硫化福及铜锢硒薄膜电 池等。但这些材料有些含有剧毒而制约其发展。

硅基薄膜凭借其而积大、成木低、工艺设备成熟、易集成、无毒、有多种廉价衬底选择以及适合制备柔性电池等优势，己经成为工业生产的一个重要组成部分。随着研究的深入，技术的进步和成木的进一步下降，薄膜电池将占据越来越多的市场份额，最终取代体硅材料成为太阳能电池的主要材料。薄膜电池的另一个优点是适合作为光伏建筑一体化(BIFV)的材料，非氢化非晶硅薄膜电池的生产线己有很多条，但其红外波段的响应较弱，受到光致衰

减效应的影响，组件效率较低。为了充分利用光谱减小光致衰减效应以提高效率，非晶微晶叠层电池己成为目前研究的一个热点。多晶硅薄膜电池的制备温度较高，耐高温衬底的成本

大致为组件制造成本的三分之一，因此寻找低成本的衬底和高效的低温制备技术和工艺艺是目前研究的一个重点。

参考文献

【1】申兰先。薄晶体硅太阳能电池。昆明，云南师范人学太阳能研究所。

【2】 鲁源坤，张敏刚。硅基薄膜太阳能电池及硅锗薄膜在其中的应用。山西太原，太原科技大学。

【3】铁生年，李星，李昀珺。太阳能硅材料的发展现状。青海西宁，青海大学先进材料重点实验室。

【4】 王昊鹰，近几年太阳能电池的研究进展与发展趋势。辽宁大连 大连理工大学。

【5】黄庆举，林继平，魏长河，.姚若河。硅太阳能电池的应用研究与进展。广东广州。华南理工大学电子信息学院，茂名学院物理系。

【6】汪建军，刘金霞。太阳能电池及材料研究和发展现状。宁波

第三篇：高端硅基SOI材料研发和产业化

高端硅基SOI材料研发和产业化

第一完成单位：上海微系统与信息技术研究所

获奖奖种：国家科技进步奖

获奖时间：2006

获奖等级：1

内容简介：

绝缘体上硅（SOI）技术被国际上公认为“二十一世纪的硅集成电路技术”，在低压、低功耗电路、耐高温电路、微机械传感器、光电集成等方面具有重要应用，是微电子和光电子领域发展的前沿。同时，SOI技术具有抗辐射独特优越性，是微电子敏感核心技术，西方国家对我国严密封锁和禁运。该项目从国家的需求出发，在863，973等重大研究计划的支持下，历经二十余年的努力，从SOI研发一直到成功实现产业化。项目申请国家发明专利32项（已授权16项），拥有SOI核心自主知识产权，并形成我国首部SOI技术企业标准。

该项目在关键技术上取得一系列重大创新：突破了离子注入、高温退火等SOI材料制备成套的关键技术，自主开发了低成本、高质量的超低剂量离子注入SOI技术；在国际上独创了将键合和注氧隔离技术相结合的注氧键合（Simbond）SOI新技术，极大提高了SOI材料的厚度均匀性；创造性的对常规SOI材料进行改性，使SOI材料抗总剂量加固水平跃上了新的台阶等。

该项目具有重大的社会和经济效益：它打破了国外的技术封锁，建成了我国唯一的SOI材料生产线，生产的SOI材料系列产品性能指标达到或优于国际SEMI标准，从根本上解决了我国SOI材料“有无”问题，为大幅度提高我国微电子器件的综合性能作出了重大贡献。同时，产品被英特尔、飞利浦等国际顶级半导体公司所采用，具有明显的国际市场竞争优势，在短时间内跻身国际高端硅基材料市场，实现了我国微电子材料的跨跃式发展。

第四篇：硅基生命化学与社会论文选修课

基于元素硅的生命形态

——浅谈硅基生命

大家都知道，地球上的全部生命都是以碳和水为基础，而且很可能宇宙中大部分的生命形态也都是以碳和水为基础。但是也有很多人相信碳以外的其他元素以及水以外的其他介质也可以为生命提供基础。早在1885年，爱尔兰出生的天文学家兼数学家罗伯特•斯德威尔•鲍尔(Robert Stawell Ball)就曾在他的《天堂的故事》(Story of the Heavens)一书中提到地外生命可能和地球上的完全不同，他写道：“倘若我们能够得到机会去近距离观察一些天体，我们可能会发现它们也充满了生命，但却是特化适应于环境的生命。以奇特而怪异的形态出现的生命„„” 说到碳基生命以外的生命形态，很多人会想到去查看元素周期表，而首先引人注意的就是元素硅。其实，早在19世纪，硅基生命这个概念就已经出现了。1891年，波茨坦大学的天体物理学家儒略•申纳尔(Julius Sheiner)在他的一篇文章中就探讨了以硅为基础的生命存在的可能性，他大概是提及硅基生命的第一个人。这个概念被英国化学家詹姆士•爱默生•雷诺兹(James Emerson Reynolds)所接受，1893年，他在英国科学促进协会的一次演讲中指出，硅化合物的热稳定性使得以其为基础的生命可以在高温下生存。

著名英国科幻作家赫伯特•乔治•韦尔斯(Herbert George Wells)吸收了雷诺兹和鲍尔的观念，他写道：“人们会为这种设想所带来的奇异想象所震惊：既然有硅—铝生命体，为什么不会立刻想到硅—铝的人？让我们说，他们在硫磺气组成的大气中漫步，徜徉在温度比熔炉更高的，数千度的融化的钢铁海洋旁。” 三十年后，英国遗传学家约翰•波顿•桑德森•霍尔丹(John Burdon Sanderson Haldane)提出在一个行星的深处可能发现基于半融化状态硅酸盐的生命，而铁元素的氧化作用则向它们提供能量。

粗看起来，硅的确是一种作为碳的替代物构成生命体的很有前途的元素。因为它在宇宙中分布广泛，而且在元素周期表中，它就在碳的下方，和碳元素的许多基本性质都相似。举例而言，正如同碳能和四个氢原子化合形成甲烷(CH4)，硅也能同样地形成硅烷(SiH4)，硅酸盐是碳酸盐的类似物，三氯硅烷(HSiCl3)则是三氯甲烷(CHCl3)的类似物，以此类推。而且，两种元素都能组成长链，或聚合物，它们并在其中同氧交替排列，最简单的情形是，碳—氧链形成聚缩醛，它经常用于合成纤维，而用硅和氧搭成骨架则产生聚合硅酮。

基于上述情况，一些特异的生命形态就有可能以类似硅酮的物质构成。硅基动物很可能看起来象是些会活动的晶体，就如同迪金森和斯凯勒尔(Dickinson and Schaller)所绘制的想象图一样。这是一只徜徉在硅基植物丛中的硅基动物，这种生物体的结构件可能是被类似玻璃纤维的丝线串在一起，中间连接以张肌件以形成灵活、精巧甚至薄而且透明的结构。

看上去这些结晶体似的生物非常漂亮，如果它们可以在常温下生存的话，大概许多地球人都愿意在家里养几只作为装饰，养这种宠物的一个明显好处是不会传播细菌和寄生虫，因为作为碳基生命的细菌和寄生虫对这种完全不同的生命是无能为力的。但是，但硅基生命的存在的可能性却受到许多缺陷的威胁。一个很大的缺陷就是硅同氧的结合力非常强。当碳在地球生物的呼吸过程中被氧化时，会形成二氧化碳气体，这是一种很容易从生物体中移除的废弃物质。但是，硅的氧化会形成固体，而且二氧化硅在刚形成的时候就会形成晶格，使得每个硅原子都被四个氧原子包围，而不是象二氧化碳那样每个分子都是单独游离的，处置这样的固体物质会给硅基生命的呼吸过程带来很大挑战。

其次，只要是生命形态，就必须从外界环境中收集、储存和利用能量。在碳基生物这里，储存能量的最基本的化合物是碳水化合物。在碳水化合物中，碳原子由单键连接成一条链，而利用酶控制的碳水化合物的一系列氧化步骤会释放能量，废弃物产生水和二氧化碳。这些酶是些大而复杂的分子，它们依照分子的形状和左旋右旋对特定的反应进行催化，这里说的左旋右旋是指分子含有的碳的不对称性使其出现的左旋或者右旋，而多数碳基生物体内的物质都显示这个特征，正是这个特点使得酶能够识别和规范碳基生物体内的大量的不同新陈代谢进程。然而，硅没能象碳这样产生众多的具有左旋右旋特征的化合物，这也让它难以成为生命所需要的大量相互联系的链式反应的支持元素。即它不能像碳基生命一样识别和规范生物体内大量的不同的新陈代谢进程，把储存的能量释放出来。不过，或许外星的硅基生命并不需要这样也说不定„„

此外，硅链在水中不稳定，容易断掉，不象碳链这样在干湿环境下都保持稳定。虽然这点不会因此排除硅基生命存在的可能，但存在大量液态水的星球肯定是排斥硅基生命的。或许有大量别的溶剂适宜它们生存，而不是水。

另一方面，存在硅基生命，甚至存在硅基生命出现前的早期生命化学演化的低可能性也被天文观测所验证。不管天文学家向哪里搜寻——陨星、彗星、巨行星的大气、星际物质、冷却恒星的外层——他们都只能找到氧化的硅(二氧化硅和硅酸盐)，而找不到类似硅烷和硅酮这样的作为硅生物化学存在预兆的物质。相反，当我们寻找碳基生命的迹象时会发现，在陨星中不难找到氨基酸这样的碳基有机分子。至于甲烷，不仅在太阳系的众多行星和卫星中很容易找到，而且在星际物质和星云中也能找到，甚至连甲基乙炔和氰基癸五炔这样的复杂分子都能从星际物质中找到。

即使如此，也有必要指出，硅可能曾在地球生命的起源过程中扮演过一定的角色。有一个奇怪的现象是，地球生命特别喜欢利用右旋的糖和左旋的氨基酸。对此的一个理论解释是，生命演化初期的第一批碳化合物在一片有着特定旋光性的硅石表面上的“原始汤”内形成，而这种硅化合物的旋光性决定了我们现在从地球生命体内找到的碳化合物的旋光性。

尽管从生化角度看，找到硅基生命的可能性很渺茫。但硅基生命在科幻小说中则很兴盛，而且科幻作家的许多描述会提出不少有关硅基生命的有益构想。在

斯坦利•维斯鲍姆(Stanley Weisbaum)的《火星奥德赛》(A Martian Odyssey)中，该生命体有1百万岁，每十分钟会沉淀下一块砖石，而这正是维斯鲍姆对硅基生命所面临的一个重大问题的回答，文中进行观察的科学家中的一位观察到：“那些砖石是它的废弃物„„我们是碳组成，我们的废弃物是二氧化碳，而这个东西是硅组成，它的废弃物是二氧化硅——硅石。但硅石是固体，从而是砖石。这样它就把自己覆盖进去，当它被盖住，就移动到一个新的地方重新开始。”在星际旅行系列片的“黑暗中的恶魔”中，Janus IV的矿工发现了一种硅基生命形态——Horta。每过5万年，所有的Horta就都死去，只剩下一个个体活着，照看将会孵化下一代的那些蛋。

看来，人们对硅基生命的一个重要设想是长寿，这大概来自人类从自然界岩石的恒久得到的印象。而另外一个通常的看法是，硅基生命很可能出现于温度比较高的星球上，比如说一个到处都是火山的星球上，因为许多硅基化合物比碳基更稳定，比如硅—氧键可以承受大约600K的温度，而硅—铝键能承受将近900K的温度，所以耐高温的性能很好，而且同样是由于相对稳定，在高温下活性更好。对于硅基生命来说，200度甚至到400度才能让它们感到舒适，而在我们觉得舒适的室温下它们很可能会被冻死，这就是我在前面提到饲养硅基宠物的时候，特意说“如果它们可以在常温下生存”这句的缘故。

最后，我们先看看目前普遍使用的电脑，它就是用硅作为芯片的，如果这个电脑再高级一些，发展成为智能电脑，那就几近是硅基生命了。而网络世界，或许就将是硅基世界了。再构想一下，在未来的某一天，硅基生命也许会作为一种宇宙新进化的生命形态而替代碳基生命，就像《科幻世界》中一篇《沙漠蚯蚓》里说的那样。不过，那一定离我们很远很远„„

参考文献：

第五篇：分析化学暑期学校心得体会

化学分析尚未过气

学过化学的人都知道，人们常常把分析化学按方法分成两类，化学分析与仪器分析。这一点已经反映在教材的编排之中，一套分析化学教材往往上册是化学分析，下册是仪器分析，课程的讲授也分两学期进行。过去受技术所限，想要分析一种物质的组分只有通过化学分析方法。随着科学技术的发展，各种各样的仪器分析方法涌现出来，并在科学研究和生产生活中得到广泛应用。

化学分析和仪器分析既有联系也有区别，各有优缺点。化学分析是指利用化学反应和它的计量关系来确定被测物质的组成和含量的一类分析方法。测定时需使用化学试剂、天平和一些玻璃器皿。仪器分析(是基于与物质的物理或物理化学性质而建立起来的分析方法。这类方法通常是测量光、电、磁、声、热等物理量而得到分析结果，而测量这些物理量，一般要使用比较复杂或特殊的仪器设备。相对于化学分析，仪器分析有以下特点： 1.适合于微量、痕量和超痕量成分的测定。灵敏度高，检出限量可降低。2.选择性好。很多的仪器分析方法可以使共存的组分测定时，相互间不产生干扰。3.操作简便，分析速度快，容易实现自动化。4.相对误差较大。化学分析一般可用于常量和高含量成分分析，准确度较高，误差小于千分之几。多数仪器分析相对误差较大，一般为5%，不适用于常量和高含量成分分析。5.仪器分析需要价格比较昂贵的专用仪器。

由此可见仪器分析的优势十分明显，事实上近几十年来分析化学的学科发展也更多地体现在仪器分析领域。但是化学分析方法依然十分重要，许多国标依然采用滴定法进行含量测定，并且化学分析也在向着准确、方便、快捷、环保的方向发展。纸基微流控分析装置（µPADs）就是其中一个思路。由于其结构简单、易于操作、耗样量少、价格低廉、快速方便得到了广泛的关注。微流控技术的这些特点既适用于化学分析又适用于仪器分析，这一技术的发展必将给化学分析带来一次变革。

日本冈山大学（Okayama University）的科学家们开发出一种简单廉价的“纸质”微流体装置，能够在不到一分钟内测定酸或碱的浓度，便于携带，可在野外或者工厂车间现场使用，而不用回到化学实验室。这一研究成果发表在《Analytical Chemistry》上。

该纸质微流体装置的基础是一张滤纸，上有蜡打印层，包括10条放射状的径向通道；每个通道的末端有两个试剂池，一个用于反应，一个用于检测，将样品滴加在装置中央，样品便会向四周扩散至各个通道中并与试剂池中的试剂发生作用。以检测NaOH为例，反应试剂池含有不同浓度的邻苯二甲酸氢钾，而检测试剂池含有酚酞，在过量的氢氧根离子的存在下会变成深红色。通过改变邻苯二甲酸氢钾的浓度范围，研究人员能够测量NaOH的浓度范围为0.01 M 至 1 M，实验证明，该纸质微流体装置可细致地区分0.25、0.27、0.29 M的NaOH溶液。科学家们还使用不同的试剂，成功地滴定了盐酸、硝酸、硫酸、乙酸和氨。作者还可以使用这种方法去测量温泉水的酸性。通过纸基微流控分析可以实现化学分析法的转型，不仅能够定性还能够定量。这一思路想必也能在配位滴定、氧化还原滴定中得到应用。

举这个例子是想说明在仪器分析快速发展和广泛应用的今天，化学分析仍然重要且具有活力。不仅因为化学分析是分析科学最基础最核心的部分，更是因为通过简单的技术改进化学分析仍然可以得到新的发展，让分析技术更加实用、廉价。我们不妨对化学分析和仪器分析做一个分工，一个用最简单的方法去解决最平常的问题，一个用复杂的方法解决不平凡的问题。

有人认为化学分析早就过气了，我倒是觉得还可以再抢救一下。

参考文献：

Karita, S.;Kaneta, T.Analytical chemistry2014, 86, 12108.