非晶硅
關注創建者：匿名 創建時間：2016-03-11
非晶硅的實例教程
近日，西安交大的研究工作發現，非晶硅本征的抗拉強度其實可以遠高于其抗壓強度，即在缺陷極少時表現出“拉強壓弱”的“反常”不對稱性。上述研究有望為硅基材料在微機電系統、微納尺度柔性電子器件等中的應用提供指導。相關成果以“Tension-compression asymmetry in amorphous Si” 為題發表在最新一期的《自然×材料》雜志上，點擊文末“閱讀原文”查看文章。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41563-021-01017-z
室溫條件下，宏觀尺度的硬脆材料往往表現出抗拉強度遠低于抗壓縮強度的特性，如圖（1）所示，原因是在制備和加工過程中，這些材料內部及表面不可避免地會產生微孔洞、微裂紋等缺陷，而這些缺陷對拉應力尤其敏感，導致材料的抗拉能力低于抗壓能力。因此，一個自然產生的問題就是：當硬脆材料內部和表面沒有上述缺陷時，這種拉壓不對稱性是否會消失或者呈現新的表現形式？
圖（1） 塊體硅材料的拉伸和壓縮曲線；圖（2）同一非晶硅“拉-壓”微樣品上先后進行拉伸和壓縮測試；圖（3）非晶硅在拉應力和壓應力下的剪切模量隨應變量的變化；圖（4）非晶硅發生剪切塑性轉變所需要克服的能壘，隨拉-壓應變發生很不相同的變化。
為了回答這一基礎科學問題，西安交通大學研究人員選取非晶硅材料為研究載體，通過減小其尺寸來降低材料中存在缺陷的幾率；為了排除樣品差異性對實驗結果造成的可能影響，利用非晶硅的斷口特點，設計制備出了一種“拉-壓”亞微米尺度樣品：在同一樣品上可先后進行定量拉伸和壓縮實驗，如圖（2）所示。
展開 美國商務部發布公告，對原產于中國的進口非晶硅織物作出反補貼初裁，裁定南京天元玻纖復合材料有限公司（Nanjing Tianyuan Fiberglass Material Co., Ltd.）的反補貼稅率為28.25%，通華新材料（平湖）有限公司和通華新材料（上海）有限公司（ACIT (Pinghu) Inc.、ACIT (Shanghai) Inc）的反補貼稅率為4.36%，以下47家企業的反補貼稅率為104.10%：
1、奇熾保溫防火材料有限公司（Acmetex Co., Ltd.）（上海）
2、北京固威豪包裝材料有限公司（Beijing Great Pack Materials, Co.
展開 化學氣相沉積技術在半導體工業中有著比較廣泛的應用，例如，非晶硅薄膜太陽能電池中非晶硅材料的制備采用的就是等離子增強型化學氣相沉積技術（PECVD），等離子技術可以促進化學反應的發生，使得沉積過程能夠在較低的溫度下進行。
圖1 薄膜太陽能電池
研究目的
在制備薄膜太陽能電池的過程中，非晶硅表面上沉積的薄膜往往存在厚度不均勻的問題。非均勻薄膜對太陽能電池的性能產生極大的影響，因此需要深入探究非晶硅薄膜的沉積過程，解決沉積薄膜的非均勻性問題。而在晶硅薄膜的制備過程中很難通過現場實驗測量的方法獲得薄膜的生長規律、氣流流動特性、復雜的氣相和表面化學反應過程，因此需要借助CFD軟件模擬和預測非晶硅薄膜的沉積過程，獲得薄膜生長規律，從而解決薄膜的均勻性問題。
案例分析
等離子體化學氣相沉積（PECVD-- plasma-enhanced chemical vapor deposition）反應器主要由宏觀和微觀兩部分組成，如圖2、3所示。宏觀部分：反應氣體硅烷（SiH4）和氫氣（H2）進入反應器，反應器中加有電離場，反應氣體在電離的作用下形成SiH3和H。微觀部分：一部分SiH3和H經過物理吸附過程重新形成SiH4和H2。一部分SiH3經過化學吸附過程，SiH3、H吸附在帶懸掛鍵Si表面。
圖2 PECVD反應器示意圖
圖3 PECVD反應器原理圖
為減少計算量，采用反應器對稱的一半區域做計算。反應器結構如圖4所示，硅烷和氫氣從進口進入反應器，接著通過設置有1cm寬的5個孔隙進入電離區域，一部分沉積組分在晶圓表面產生吸附，一部分反應物和沉積組分從出口逸出。
展開 化學氣相沉積技術在半導體工業中有著比較廣泛的應用，例如，非晶硅薄膜太陽能電池中非晶硅材料的制備采用的就是等離子增強型化學氣相沉積技術（PECVD），等離子技術可以促進化學反應的發生，使得沉積過程能夠在較低的溫度下進行。
在制備薄膜太陽能電池的過程中，非晶硅表面上沉積的薄膜往往存在厚度不均勻的問題。非均勻薄膜對太陽能電池的性能產生極大的影響，因此需要深入探究非晶硅薄膜的沉積過程，解決沉積薄膜的非均勻性問題。而在晶硅薄膜的制備過程中很難通過現場實驗測量的方法獲得薄膜的生長規律、氣流流動特性、復雜的氣相和表面化學反應過程，因此需要借助CFD軟件模擬和預測非晶硅薄膜的沉積過程，獲得薄膜生長規律，從而解決薄膜的均勻性問題。
案例分析
等離子體化學氣相沉積（PECVD-- plasma-enhanced chemical vapor deposition）反應器主要由宏觀和微觀兩部分組成，如圖2、3所示。宏觀部分：反應氣體硅烷（SiH4）和氫氣（H2）進入反應器，反應器中加有電離場，反應氣體在電離的作用下形成SiH3和H。微觀部分：一部分SiH3和H經過物理吸附過程重新形成SiH4和H2。一部分SiH3經過化學吸附過程，SiH3、H吸附在帶懸掛鍵Si表面。
圖2：PECVD反應器示意圖
圖3：PECVD反應器原理圖
為減少計算量，采用反應器對稱的一半區域做計算。
展開 （文：李澍）
圖1硅納米柱結構：嵌鋰前后的(a) 實心和(b)空心硅納米柱
圖2不同硅納米柱的嵌鋰過程：(a)非晶硅納米柱和(b?d)不同軸向取向的晶體硅納米柱
圖3硅納米柱嵌鋰過程中的能量最小化策略：(a)嵌鋰的硅納米柱中定義的三個區域；(b)四階段最小化示意圖；(c)用四種不同的極小化方法計算第四階段的勢能變化
圖4不同直徑實心非晶硅納米柱的模擬結果：(a)初始半徑為10.0nm的嵌鋰非晶硅納米柱的最終形狀；(b)非晶硅納米柱的體積膨脹率隨Li含量的變化；(c?f)完全嵌鋰后原子體積、原子徑向應力的分布(σr)、環向應力(σθ),、軸向應力(σz)沿徑向距離的分布；(g?i)不同嵌鋰階段的應力分布
圖5不同直徑的空心非晶硅納米柱的模擬結果；(a,b)嵌鋰過程中外徑和內徑的變化；(c?f)嵌鋰后原子體積、徑向應力、環向應力和軸向應力的分布
圖6 嵌鋰后后不同軸向晶體硅納米柱的實驗圖像和模擬結果：(a?c)嵌鋰后晶體硅納米柱不同晶體取向(?110?, ?100?, 以及?111?)的俯視SEM圖；(d?f)軸向取向晶體硅納米柱全區域(?110?, ?100?, 以及?111?)的變形形態及環向應力分布；(g?i)特定方向的環向應力分布
圖7晶體硅納米柱的塑性流動：(a?d)晶體硅納米柱中選定原子的軌跡；(e)不同嵌鋰階段變形Li3.75Si合金的原子剪切應變。
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非晶硅的最新內容
經證實，OTFT背板的堅固性是傳統電子紙顯示屏中使用的非晶硅晶體管的三倍，并且能夠彎曲到小于2毫米的極小半徑。
DKE東方科脈副總經理方亮表示：“DKE FLEX的發布，標志著DKE在推進柔性電子紙顯示技術和引領創新方面邁出了重要一步。目前正在開發中的DKE FLEX系列與彩色柔性電子紙顯示屏，將助力DKE的OEM合作伙伴解鎖全新的產品設計與應用。
img.jishulink.com/202510/attachment/0a0e273789c04dc8bb60810952c3339f.png"></figure></figure><p class="ql-align-center"><br></p><p class="ql-align-center">超表面結構（來自原文）</p><p><br></p><p>超表面核心參數與設計優化</p><p>選用基于幾何相位的非晶硅納米塊作為超表面單元
該圓盤是在異質結技術(HJT)后發射極太陽能電池上沉積的，其表面是用非晶硅(aSi)固有層和n+摻雜層鈍化的未拋光的平面硅片ITO薄膜既是減反射涂層(ARC)，也是正面觸點。
(左圖，中間圖)不同放大倍數的太陽能電池頂部圓盤的電子顯微圖。左邊的圖突出了單個圓盤的特性，而中間的SEM圖突出了樣本的一致性。(右圖)39 × 39 mm涂層太陽能電池的照片。
1．用作陽極的石墨和非晶硅吸收和解吸鋰離子而引起的體積膨脹與收縮、彈性模量和電子態密度的變化。
2．評估用作陰極的LiCoO2的體積模量。
3．評估鋰離子在固體電解質 LiZr2(PO4)3 (LZP) 中的擴散系數。
4．評估溶解鋰鹽的溶劑的相對介電常數。
1．用作陽極的石墨和非晶硅吸收和解吸鋰離子而引起的體積膨脹與收縮、彈性模量和電子態密度的變化。
2．評估用作陰極的LiCoO2的體積模量。
3．評估鋰離子在固體電解質 LiZr2(PO4)3 (LZP) 中的擴散系數。
4．評估溶解鋰鹽的溶劑的相對介電常數。
根據光伏組件的不同種類，家用光伏可以分為單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池等不同種類。其原理是通過光電效應將太陽能轉化為電能，從而實現家庭自發電。
二、戶用光伏設計方法
1.太陽能電池板的選用
太陽能電池板是光伏發電系統的核心部分，因此選擇高效的太陽能電池板非常重要，能夠更好地將光能轉化為電能，提高光伏發電系統的輸出功率。
按照發電效率由高至低的順序分為非晶硅薄膜太陽能電池、多晶硅電池、單晶硅電池和薄膜復合晶硅電池。其作用是將太陽能轉化為電能，存儲到蓄電池或推動負載工作。
（2）逆變器
光伏并網逆變器是一種將直流電轉換為交流電的電子器件，可以將光伏（PV）太陽能板產生的可變直流電壓轉換為市電頻率交流電（AC）的逆變器，可以反饋回商用輸電系統，或是供離網的電網使用。
3.非晶硅光伏板
非晶硅光伏板的制造成本較低，具有良好的透光性和靈活性。與單晶硅、多晶硅光伏板相比，其轉換效率較低，但在弱光條件下的發電效果更好。
4.柔性薄膜光伏板
柔性薄膜光伏板由聚合物和薄膜太陽能電池組成，其重量輕、便攜、可彎曲，具有靈活性和可塑性。但是，由于其轉換效率低，應用范圍較窄。
如何從這些光伏板中選擇最適合自己的？
2) 壽命長：晶體硅組件壽命通常在25年以上，非晶硅組件壽命通常在20年以上。
3) 維護費用低：建成后只需少量工作人員，對系統進行定期檢查和維護，相比較而言，常規發電站維護費用很大。
4) 天然能源：能源是取之不盡、用之不竭的太陽能，無需能源費用。
5) 無噪聲污染：整個系統無機械運動部件，不產生噪聲。
6) 模塊化：根據需要選擇系統容量，安裝靈活、方便，擴容很簡便。
7.支持多種光伏組件
可以支持多種不同的光伏組件，包括單晶硅、多晶硅、非晶硅等，幫助用戶選擇最適合自己的光伏組件。
8.支持多種逆變器
可以支持多種不同的逆變器，包括中央式逆變器、分布式逆變器等，幫助用戶選擇最適合自己的逆變器。
9.提供詳細的報告
可以生成詳細的報告，包括系統的設計參數、發電量預測、經濟效益分析等，幫助用戶更好地了解光伏系統的性能和經濟效益。
