光伏理論基礎(chǔ)光伏發(fā)電理論教程

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1、本章重點(diǎn)內(nèi)容提要：一、理解并掌握晶體學(xué)基本概念。二、掌握晶體的基本特征。四、掌握四種晶體類型的特征三、掌握晶列與晶面指數(shù)的確定方法。五、了解幾種重要類型晶體的空間結(jié)構(gòu)模型。石英紫水晶綠寶石雪花觀察圖片,下列固體與上面的固體在外形上有什么區(qū)別?瑪瑙（b）螢石（a）金剛石1.1固體、晶體和非晶體固體晶體：非晶體：長程有序不具有長程有序，而具有短程有序在微米級范圍內(nèi)，構(gòu)成物質(zhì)的原子、分子按一定的規(guī)律，周期性排列晶體宏觀特性：1.規(guī)則的幾何形狀（自限性）：晶體具有自發(fā)形成規(guī)則的幾何外形的特性2.固定的熔點(diǎn)

2、：晶體在完全熔化之前溫度不會(huì)升高,有固定的熔點(diǎn)。晶體熔化曲線時(shí)間tT溫度時(shí)間t非晶體熔化曲線T溫度圖1-6晶體與非晶體的熔化曲線熔點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰的熔點(diǎn)為0℃，石英的熔點(diǎn)是1470℃，硅單晶的熔點(diǎn)是1420℃。3.解理性：當(dāng)晶體受到敲打、剪切、撞擊等外界作用時(shí)，可有沿某一個(gè)或幾個(gè)具有確定方位的面劈裂開來的性質(zhì)。劈裂面稱為解理面圖1-8食鹽的解理面宏觀：晶體在某幾個(gè)特定的方向上表現(xiàn)出來的物理化學(xué)性質(zhì)完全相同的特性?；蛘哒f，晶體的某些部分，通過一定的操作（如旋轉(zhuǎn)、鏡像）后，和原來的晶體位置重合。4.

3、對稱性：5.晶體的各向異性：光學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、導(dǎo)熱導(dǎo)電性、溶解性等，從晶體的不同方向去測定時(shí)，常常是不同的?！瑯臃从沉司w內(nèi)部粒子排列的有序性圖1-7NaCl晶體結(jié)構(gòu)（100）面示意圖6.最小內(nèi)能：同一種物質(zhì)的幾種不同形態(tài)（氣、液、非晶態(tài)、晶態(tài)），以晶體內(nèi)能最小。晶體非晶體自發(fā)的晶化非自發(fā)的非晶化晶體與非晶體在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化以。X射線——一種波長很短(約為20～0.06埃)的電磁波，能穿透一定厚度的物質(zhì)，并能使熒光物質(zhì)發(fā)光、照相乳膠感光、氣體電離。X射線受到原子核外電子的散射而發(fā)生的

4、衍射現(xiàn)象。由于晶體中規(guī)則的原子排列就會(huì)產(chǎn)生規(guī)則的衍射圖像，晶體是由原子規(guī)則排列成組成，故由不同原子散射的X射線相互干涉，在某些特殊方向上產(chǎn)生強(qiáng)X射線衍射，形成衍射波峰。衍射線在空間分布的方位和強(qiáng)度，與晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。7.晶體能使X射線產(chǎn)生衍射波峰X射線衍射圖譜中，衍射波峰的寬度與晶體粒子的大小有關(guān)，波峰越寬，晶粒越小8.晶體的均勻性由于同一個(gè)晶體的各個(gè)不同部分，質(zhì)點(diǎn)的分布是一樣的，所以晶體的各個(gè)部分的物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)也是相同的，這就是晶體的均一性。9.晶面角守恒由于外界條件的差異，晶體中某組晶

5、面可以相對地變小、甚至消失。所以，晶體中晶面的大小和形狀并不是單一的；但是相應(yīng)的晶面之間的夾角都是固定不變的。圖1-11石英晶體的若干外形固體外觀微觀結(jié)構(gòu)自范性各向異性熔點(diǎn)晶體非晶體本質(zhì)區(qū)別具有規(guī)則的幾何外形有粒子在三維空間周期性有序排列各向異性固定不具有規(guī)則的幾何外形沒有粒子排列相對無序各向同性不固定微觀粒子在三維空間是否呈現(xiàn)周期性有序排列晶體的分類1.3常見晶體類型按功能導(dǎo)體半導(dǎo)體絕緣體超導(dǎo)體導(dǎo)電差或不好的材料，如琥珀、陶瓷、玻璃等導(dǎo)電、導(dǎo)熱都比較好的金屬，如金、銀、銅、鐵、鋁等導(dǎo)電性能介于導(dǎo)

6、體與絕緣體之間的材料，如Si、Ge、GaAs等，電阻率在10-6～1010歐姆·厘米在足夠低的溫度下，其電阻率為零的物質(zhì)，如水銀在4.2K時(shí)電阻為0。晶體結(jié)構(gòu)單晶體多晶體1.整個(gè)晶體中質(zhì)點(diǎn)在空間的排列都是長程有序的2.具有各向異性3.由一個(gè)晶核各向均勻生長而成，其晶體內(nèi)部的粒子基本上按照某種規(guī)律周期性排列1.很多單晶顆粒雜亂地凝聚而成的2.不具有各向異性3.構(gòu)成多晶成千上萬的單晶晶粒的尺寸大多在厘米級至微米級范圍內(nèi)變化（完整晶體）（缺陷晶體）按粒子間作用力離子晶體分子晶體原子晶體金屬晶體周期性排列

7、的是正、負(fù)離子，如NaCl晶體。周期性排列的是中性原子，如金剛石晶體（C）。周期性排列的是中性分子，如CO2。周期性排列的是金屬原子或金屬離子圖1-7NaCl晶體結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體元素半導(dǎo)體——硅、鍺、硒化合物半導(dǎo)體Ⅲ-Ⅴ族（如砷化鎵、磷化鎵、磷化銦等）Ⅱ-Ⅵ族（如硫化鎘、硒化鎘、碲化鋅、硫化鋅等）Ⅳ-Ⅵ族（如硫化鉛、硒化鉛等）Ⅳ-Ⅳ族（如碳化硅）化合物氧化物(錳、鉻、鐵、銅的氧化物)(b)(c)(a)(a)、(b)、(c)為二維晶體結(jié)構(gòu)示意圖，它們有何異同?布喇菲空間點(diǎn)陣原胞晶胞一、布喇菲空間點(diǎn)陣所有晶

8、體的結(jié)構(gòu)可以用布喇菲格子（又稱晶格）來描述，這種晶格的每個(gè)格點(diǎn)上附有一群原子，這樣的一個(gè)原子群稱為基元，基元在空間周期性重復(fù)排列就形成晶體結(jié)構(gòu)。一個(gè)理想的晶體是由完全相同的結(jié)構(gòu)單元在空間周期性重復(fù)排列而成的。(b)(c)(a)晶格+基元=晶體結(jié)構(gòu)1.1基元、結(jié)點(diǎn)（格點(diǎn)）和晶格在晶體中適當(dāng)選取某些原子作為一個(gè)基本結(jié)構(gòu)單元，這個(gè)基本結(jié)構(gòu)單元稱為基元，基元是晶體結(jié)構(gòu)中最小的重復(fù)單元，基元在空間周期性重復(fù)排列就形成晶體結(jié)構(gòu)。(1)基元特點(diǎn)：任何兩個(gè)基元中相應(yīng)原子周圍的情況是相同的，而每一個(gè)