硅是地球上含量最高的元素之一,构成地壳总质量的26.4%,仅次于第一位的氧(49.4%)。但地球上几乎找不到硅单质,因为硅在高温下比较活泼,而地球早期有很长一段时间都处在高温环境下,所以地球上的硅都通过化学反应转化成了二氧化硅、硅酸盐等化合物。
而随着人类技术的进步,把硅还原成单质逐渐成为了可能。现代技术通常用石英石(二氧化硅),进行氧化还原反应得到硅单质。硅单质根据结晶与否可以分为结晶硅和非晶硅,而结晶硅根据结晶情况的不同,又可分为单晶硅和多晶硅。
半导体工业中用来生产处理器、存储器等超大规模集成电路的基础材料晶圆,其实就是高纯度的单晶硅片。而除了半导体工业之外,另一个用硅大户就是光伏产业。
光伏产业商业化的发端,源于七十年代的石油危机引发的能源枯竭思考,于是可再生的太阳能迅速进入了科学家的视线。但光伏产业真正开始爆发式增长,还是源于德国政府从2004年开始对新能源的大规模补贴。
随后欧洲其他国家开始跟进,从而造就了全球光伏产业迅速崛起。但随着2007年次贷危机席卷全球后,世界经济陷入低迷。欧洲各国随即开始逐步削减相关补贴,曾一度成为高新技术投资领域宠儿的光伏产业,也迅速变成了昨日黄花。
而八十年代的光伏产业还只是小荷才露尖尖角。太阳能电池才刚刚开始在计算器等一些小型的电子产品上进行应用。但为太阳能电池开发的非晶硅技术已经逐步成熟,其实如果单从硅的光电转换效率上来说,从高到低依次为单晶硅、多晶硅和非晶硅。
用单晶硅来制造太阳能电池,光转化效率虽然最高。但制造成本也最为昂贵,远没有非晶硅那样低廉。所以从七十年代开始,最先引来研发热潮的是非晶硅技术。
硅在半导体工业中是用来作衬底,高纯度的单晶硅先被拉制成硅棒,然后切片制备成晶圆。然后在通过cvd(化学气相沉积)、光刻、蚀刻等一系列复杂的工艺流程,在晶圆上制造大量的微小电路。从而形成超大规模集成电路。
而在tft液晶中却有所不同,它需要在在衬底的基板玻璃上先附上一层硅膜,然后再在这层硅膜上制造用来控制液晶显示的集成电路。而制备晶圆的工艺,显然无法用于液晶面板上硅膜制造。相反半导体工艺中用来形成稳定固态薄膜的cvd设备,恰好可以解决在玻璃基板上覆盖硅膜的难题。
但cvd设备除了在半导体工业中不可或缺之外,其实也已经在光伏领域用来制造非晶硅薄膜。而这一非晶硅薄膜技术其实早在1979年。就被英国的邓迪大学率先用来试制出了非晶硅tft。
有英国人帮忙指路之后,日本和欧洲的企业和科研机构开始迅速跟进,非晶硅tft驱动液晶显示屏的开发成果。但实验室试制和工业化规模生产之间,毕竟还有不小的差距,抢先开始大规模投资的夏普公司就因此踩雷了。