Kaynak: pv-manufacturing.org
Monokristal silikon (mono-Si veya c-Si), sürekli katı tek kristalden oluşan silikondur. Fotovoltaik (PV) uygulamaları için yetiştirilen silikon, tipik çapı 8 inç (~ 200 mm) olan silindirik bir formda büyütülür. Silindirin yüzeyi daha sonra sözde kare bir şekil elde etmek için kırpılır. Bu külçeler ya içsel olarakp-tip katkılı veyan-tip katkılı silikon.P-tip doping tipik olarak bor kullanılarak elde edilirn-tip katkılama fosfor kullanılarak yapılır. Mono-Si'den üretilen güneş pilleri tahmini olarak% 35 (% 30p-tip ve% 5n-tipi) tüm silikon levha bazlı güneş pillerinin Mono-Si kullanılan PV güneş pili üretiminin tipik kalınlığı 160-190 μm aralığındadır. 2019'da en büyük mono-Si silikon gofret üreticisi Xi'an Longi Silicon Materials Corporation oldu.
Jan Czochralski'nin adını taşıyan Cz yöntemi, mono-Si üretiminin en yaygın yöntemidir. Bu yöntem, nispeten düşük bir termal stres direncine, kısa işlem süresine ve nispeten düşük maliyete sahiptir. Cz işlemiyle büyütülen silikon, aynı zamanda, safsızlıkların dahili olarak toplanmasına yardımcı olabilecek nispeten yüksek oksijen konsantrasyonu ile karakterize edilir. Kristal çapının endüstri standardı 75-210 mm arasındadır ve bir< 100=""> kristalografik yönelim. Ek katkı maddeleri içeren yüksek saflıkta polisilikon (güneş sınıfı silikon) malzeme, en yaygın olarak bor (p-tip doping) veya fosfor (n-tip doping), işlem için hammadde olarak kullanılır. Yüzeye tek bir kristal silikon tohumu yerleştirilir, döndürülür ve kademeli olarak yukarı doğru çekilir. Bu, erimiş silikonu eriyikten çekerek tohumdan sürekli tek bir kristal halinde katılaşabilir. Sıcaklık ve çekme hızı, kristalde tohum / eriyik temas şoku tarafından üretilebilen dislokasyonu ortadan kaldırmak için dikkatlice ayarlanır. Hızın kontrol edilmesi, kristalin çapını da etkileyebilir. Tipik oksijen ve karbon konsantrasyonları [O] ≈5‑10 × 10 şeklindedir17santimetre-3ve [C] ≈5‑10 × 1015santimetre-3, sırasıyla. Silisyumdaki oksijenin çözünürlük değişkenliğinden dolayı (1018santimetre-3silikon erime noktasında, oda sıcaklığında birkaç kademe daha düşük), oksijen çökelebilir. Çöktürülmeyen oksijen, elektriksel olarak aktif kusurlar haline gelebilir ve ayrıca oksijenden gelen termal vericiler, malzemenin direncini etkileyebilir. Alternatif olarak, çökelmiş oksijen, safsızlıkların dahili olarak toplanmasını kolaylaştırabilir. Oksijenin interstisyel formu [Oi] bor katkılıp-tipi silikon, silikonun performansını ciddi şekilde etkileyebilir. Aydınlatma veya akım enjeksiyonu altında, interstisyel oksijen birarka plan katkı maddesi ile bor-oksijen kusuru, bor. Bunun, tamamlanmış bir güneş pilinin verimliliğini göreceli olarak% 10'a kadar düşürdüğü bilinmektedir.
Standart Cz işleminin diğer bir dezavantajı, katkı maddesi dağılımının külçe boyunca tekdüze olmamasıdır çünkü bor (0.8) ve fosforun (0.3) ayrılma katsayısı birlik değildir. Bu, C2 çekme işleminin başlangıcında nispeten düşük bir katkı maddesi konsantrasyonu, dolayısıyla daha yüksek direnç ve çekme işleminin sonuna doğru daha yüksek bir katkı maddesi konsantrasyonu, dolayısıyla daha düşük direnç ile sonuçlanır. Nispeten düşük fosfor ayrıştırma süreci nedeniyle, bu esas olarakn-tipi mono-Si, geniş bir direnç aralığı ile sonuçlanırn-tipli külçeler.
Cz işlemi ve sonraki külçe ve gofret kesim işlemi aşağıdaki animasyonda gösterilmektedir.
Cz işleminin bir başka çeşidi de sürekli Cz işlemidir. Sürekli Cz işleminde, külçe çekme sırasında eriyiğe yeni malzeme eklenir. Bu, önemli ölçüde sığ potalara izin verir, pota duvarlarıyla etkileşimi azaltır ve ayrıca eriyikteki katkı maddesi konsantrasyonunu kontrol etmenizi sağlar ve sonuç olarak külçe içindeki katkı maddesi konsantrasyonu sabit olabilir. Bu, böylece artık başlangıç eriyik hacmiyle sınırlı kalmadığınız için daha uzun olan direnç açısından çok daha homojen külçelere yol açabilir. Bununla birlikte, sürekli Cz yönteminin bir dezavantajı, düşük bir ayrılma katsayısına sahip safsızlıkların, çekme işleminin son kısmında yüksek konsantrasyonlarla sonuçlanarak eriyik içinde oluşturulabilmesidir.
CZ (Czochralski) Monokristal Silikon Güneş Gofreti
