第一章晶体的基本知识

1、太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础原子结构2化学键与分子结构3晶体缺陷4半导体物理5太阳电池基础6晶体的基本知识1目 录硅太阳电池生产工艺7太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础晶体的特性2常见晶体的类型3晶体与非晶体1第1章 晶体的基本知识空间点阵和晶胞4倒格子5太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.1 晶体与非晶体 固体物质根据其内部结构，即微粒的排列形式可分为晶体和非晶体两类。太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.2 晶体的特性1.2.1 1.2.1 晶体的自限性晶体的自限性太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1

2、.2 晶体的特性1.2.2 1.2.2 晶体的对称性晶体的对称性太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.2 晶体的特性太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.2 晶体的特性1.2.3 1.2.3 晶体固定的熔点晶体固定的熔点太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.2 晶体的特性1.2.4 1.2.4 晶体的均匀性晶体的均匀性 由于同一个晶体的各个不同部分，质点的分布是一样的，所以晶体的各个部分的物理性质与化学性质也是相同的，这就是晶体的均一性。这是由晶体的格子周期性构造所决定的。太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.2 晶体的特性1.2.5 1.2.5 晶体的各向异性晶体的各向异性太阳能光伏

3、理化基础太阳能光伏理化基础1.2 晶体的特性1.2.6 1.2.6 晶体的解理性晶体的解理性 当晶体受到敲打、剪切、撞击等外界作用时，有沿某一个或几个具有确定方位的晶面劈裂开来的性质。太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.2 晶体的特性1.2.7 1.2.7 最小内能和稳定性最小内能和稳定性 在相同的热力学条件下，以具有相同化学成分的晶体与非晶体相比，晶体是稳定的，内能是最小的，非晶体是不稳定的，后者有自发转变为晶体的趋势，因而结晶状态是一个相对稳定的状态。太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.2 晶体的特性1.2.8 1.2.8 晶体能使晶体能使X X射线产生衍射射线产生衍射 晶体结构的

4、周期和射线的波长差不多，作为三维光栅，使射线产生衍射现象，射线衍射是了解晶体结构的重要实验方法。太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.2 晶体的特性1.2.9 1.2.9 晶面角守恒晶面角守恒太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.2 晶体的特性太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.3 常见晶体的类型1.3.1 1.3.1 晶体的分类晶体的分类 晶体按其结构粒子和作用力的不同可分为离子晶体、原子晶体、分子晶体、金属晶体和氢键晶体，根据功能不同可分为导体、半导体、绝缘体、磁介质、电介质和超导体。太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.3 常见晶体的类型1.3.2 1.3.2 常见半导体材料常

5、见半导体材料 常用的半导体材料分为元素半导体和化合物半导体。元素半导体是由单一元素制成的半导体材料，主要有硅、锗、硒等。化合物半导体由两种或两种以上的元素化合而成。太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.3 常见晶体的类型1.3.3 1.3.3 半导体的掺杂半导体的掺杂 在高纯半导体材料中掺入适当杂质后，由于杂质原子提供导电载流子，使材料的电阻率大为降低。这种掺杂半导体常称为杂质半导体。太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.4 空间点阵和晶胞1.4.1 1.4.1 晶体的微观描述晶体的微观描述（1）晶体结构太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.4 空间点阵和晶胞（2）阵点、空间点阵、晶格太

6、阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.4 空间点阵和晶胞太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.4 空间点阵和晶胞太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.4 空间点阵和晶胞1.4.2 1.4.2 晶格的周期性晶格的周期性（1）原胞太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.4 空间点阵和晶胞（2）晶胞 晶体除了微观结构的周期性外，每种晶体还有其特殊的宏观对称性，在结晶学中能反映晶体的周期性，又能反映其对称性的特征，通常不一定取最小的结构单元作为重复单元，而是按对称性特点选取其结构单元，通常是最小单元的几倍，称为晶胞。太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.4 空间点阵和晶胞（3）基矢与点阵常数 在

7、选取的平行六面体中，3个不同方向的边长矢量称为基矢。以 表示原胞的基矢，a、b、c表示晶胞的基矢。个基矢的长度和个基矢之间的夹角、是描述这个点阵的基本参数。个基矢的长度统称为点阵常数。太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.4 空间点阵和晶胞（4）威格纳-塞兹原胞 太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.4 空间点阵和晶胞1.4.3 1.4.3 晶列晶向晶面和它们的标志晶列晶向晶面和它们的标志（1）晶列 太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.4 空间点阵和晶胞（2）晶向 在晶格中，每一个晶列定义了一个方向，称为晶向，利用晶向指数来表示。【例1-1】如图1-22，求简单立方结构中犇犆晶向指数。

8、太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.4 空间点阵和晶胞（3）晶向族太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.4 空间点阵和晶胞太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.4 空间点阵和晶胞（4）晶面太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.4 空间点阵和晶胞（5）晶面族太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.4 空间点阵和晶胞1.4.4 1.4.4 晶体结构的分类晶体结构的分类太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.4 空间点阵和晶胞太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.4 空间点阵和晶胞接上图接上图太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.4 空间点阵和晶胞太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1

9、.4 空间点阵和晶胞太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.4 空间点阵和晶胞1.4.5 1.4.5 常见的晶体结构常见的晶体结构（1）简单立方结构太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.4 空间点阵和晶胞太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.4 空间点阵和晶胞（2）体心立方结构太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.4 空间点阵和晶胞（3）密堆积结构面心立方结构太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.4 空间点阵和晶胞太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.4 空间点阵和晶胞密排六方结构太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.4 空间点阵和晶胞（4）复式结构太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化

10、基础1.4 空间点阵和晶胞金刚石结构太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.4 空间点阵和晶胞NaCl结构太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.4 空间点阵和晶胞1.4.6 1.4.6 晶体中原子排列的配位数和致密度晶体中原子排列的配位数和致密度太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.5 倒格子1.5.1 1.5.1 倒格子的概念倒格子的概念太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.5 倒格子1.5.2 1.5.2 倒格基矢与正格基矢的关系倒格基矢与正格基矢的关系太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.5 倒格子1.5.3 1.5.3 倒格子与正格子的关系倒格子与正格子的关系（1）正格子原胞体积与倒格子原胞体积之积等于（2）倒格子与正格子互为对方的倒格子（3）倒格矢量 与正格子晶面组 正交太阳能光伏理化基础太阳能光伏理化基础1.5 倒格子（4）倒格矢量