锗的回收及在太阳能电池中的应用

锗的提取过程

以往通过开采硫银锗矿锗石硫铜铁锗矿获取锗，但近年来随着科技的发展，从煤中提取金属锗技术逐渐兴起。与传统方法相比较，其工艺流程短，操作简便，回收率可达到80%，可以实现资源二次利用，对环境污染更为友好。

锗的优点

锗的电子迁移率数值约为硅的3倍，空穴迁移率更是达到四倍左右，因此锗在高频器件中被广泛应用；禁带宽度（Band gap）是指一个带隙宽度，固体中电子的能量分裂形成能带，而且这些能带是不连续的，只有存在自由电子跟空穴时器件才能够导电。简单来说，电子从价键中离开后，价键上的空缺显示为正电荷，此正电荷就被命名为空穴，它是由科研人员所臆想出来的，实际中并不存在。导带中电流的形成被认为是电子自由运动形成的，价带中的电流则是由于空穴的自由运动。两者都能导电，且电流方向相反。一般认为，导带低跟价带顶的能量大小的差值被称作禁带宽度，也是载流子从束缚态到活跃所需吸收的最小能量。锗的禁带宽度为0.66ev，硅则为112ev，小的禁带宽度能够让电流偏小，从而降低漏电流。这也使得锗在低电压器件中被广泛使用。

锗的应用

太阳能电池中大量使用锗，有以下几点原因：首先在空间光伏领域上，锗的某些化合物是重要的太阳能电池材料；其次，太阳能电池使用寿命长，在太空中可以更好吸收能量，能量消耗少，给航空航天相关技术带来启发，该技术的快速发展又促进了太阳能电池的需求量。最后，某些特殊的太阳能电池在引入锗之后可以有效改变性能参数，提高产品质量。空间光伏领域硒化亚锗（ese）由于具有原材料储量丰富、绿色无毒、组成简单稳定以及吸光系数高等优势，很适合用于制备薄膜太阳能电池的光吸收层。用物理气相沉积法制备非晶ese薄膜，之后通过硫化铵溶液及退火处理，有效地将非晶ese转变为多晶 esef11。 太阳能锗晶片主要应用于空间、地面太阳能电站的建设、超亮度汽车用LED灯、军用设备的充电装置等，约占锗总用量的20%，目前国内主要采用直拉法或者垂直梯度凝固法制备太阳能锗单晶材料的品质决定了太阳能电池的关键技术参数及最终的使用性能。砷化镓太阳能电池可以将太阳能直接转换成电能，具有许多优点，如效率高，寿命长、可靠性高等，锗衬底片正是制备太阳能电池的关键材料。而且基于太阳能锗电池光电转化效率高，寿命长，性能稳定的特点，某在空间飞行器等领域被大量使用。锗基Ⅲ-V族化 合物半导体电池的光电转换效率为30%左右，远高于传统的硅太阳能电池，甚至电池寿命也将延长20%以上。太阳能电池用 锗晶片的优越性能决定了其在空间光伏领域的不可替代性。

对策

我国锗的生产量位居世界前列，然而技术的落后成为我国主要的限制因素。因此研究人员应引起高度重视，加快研究进 程。新工艺制备锗单晶最常用的生产锗单晶的工艺是降埚直拉法工艺，其工艺成熟，但是由于在生产过程中还是会产生较大的温度梯度，导致 热应力的产生，降低了锗晶片的质量 液封直拉技术逐渐发展，实质是在降埚直拉法中多了一液相层，能够减少有效成分的挥发，降低损失；所加成分中的覆盖剂还可以减少降低产品质量的杂质的形成以生长出的锗单晶质量高于传统干埚工艺，位错密度更小 Gault等一些研究人员所发展的分离垂直梯度凝固结合计算机模拟技术法也备受关注，首先是此方法所需的温度梯度小产生的热应力小；然后由于结合了计算机，解决了传统工艺所带来的不可视以及引进率低的缺点，能够制造出质量高、尺寸大的单晶。在工艺中引入磁场，还能够有效降低中心积聚的杂质浓度，使得载流子浓度径向会更加均匀，让所得产品电阻率更加均匀。

其中，降埚直拉法工艺所需成本最低，所制造的产品质量也存在一定的局限性；液封直拉法能有效降低位错密度，能产生质量相较更高的产品，但由于每次所产生的锗单量的直径是降埚直拉法的约四分之一，难以实现产业化；分离垂直梯度凝固法不需要坩埚直接接触，因此其晶体位错密度最低，相较于前两种工艺产品也更加完整，但是成本也就更高，这还有很大的发展空间。提高自动化技术自动化技术在太阳能电池中还有着进一步发展的空间。科学地应用自动化于生活是未来发展的趋势，科研人员应重视此类技术在太阳能电池中的发展与合理应用，既能够节省时间，提高效率还可以降低大量成本。 自动化设备在光伏发电系统中也能发挥举足轻重的作用。偏远荒凉的山区中光伏系统运用较多。由于交通不便，人力资源缺乏，这时自动化技术的质量就成了关键，要确保自动化监视技术使用寿命长，能够起到保护作用，还能够实时反馈，具有一定的自我调节能力。提高太阳能电池的光电转换效率降低太阳能电池成本的另一个有效办法便是提高光电转换效率，使得高质量材料的使用量降低。目前常用的技术有两种，一是通过干法绒面优化表面结构，其原理是上表面结构优化后能够满足朗伯折射所需的要求，减小反射率。一般用等离子处理的方法来对太阳能活性电池的上表面进行处理，其优点除了能够轻松达到所需的要求之外，还可以有效地优化散射，降低反射，使电池的接触电阻降低从而提高效率。

结语

当今时代，随着情况变得愈加复杂，能源问题显得尤为突出。为了解决此类问题，太阳能的高效利用成为当务之急。随着光伏产业的发展、航空航天技术的不断提高，自动化技术的提高等，锗使用的比例会越来越大。因此，这也会进一步促进相关工艺技术的发展。我们应重视锗工艺技术，利用好我国锗资源丰富地优势尽早缩小与世界前列水平的差距，早日实现锗的高技术工艺与现代化产业的结合与应用。#韶关运田