Avots: pv-manufacturing.org
Monokristālīns (mono-Si vai c-Si) ir silīcijs, kas sastāv no nepārtraukta cieta viena kristāla. Silīciju, ko audzē fotogalvaniskai (PV) izmantošanai, audzē cilindriskā formā ar tipisku diametru 8 collas (~200 mm). Pēc tam cilindra virsmu apgriež, lai izveidotu pseido kvadrātu formu. Šos ingotus var sagatavot kā raksturīgus,P-type doped or -type doped orN-tipa doped silīciju.P-veida dopingu parasti panāk, izmantojot boru, kamērN-dopinga tips tiek sasniegts, izmantojot fosforu. Saules baterijas, kas izgatavotas no mono-Si, veido aptuveni 35 % (30 %P-veids un 5 %N-veids) no visām saules bateriju bāzes uz silīcija plāksnīšu bāzes. Tipisks biezums mono-Si izmanto PV saules bateriju ražošana ir 160-190 μm diapazonā. 2019. gadā lielākais mono-Si silīcija plāksnīšu ražotājs bija Xi'an Longi Silicon Materials Corporation.
Cz metode, kas nosaukta jan Czochralski vārdā, ir visizplatītākā mono-Si ražošanas metode. Šī metode ir salīdzinoši zema siltuma stresa pretestību, īsu apstrādes laiku, un salīdzinoši zemas izmaksas. Silīciju, kas izaudzēts, izmantojot Cz procesu, raksturo arī relatīvi augsta skābekļa koncentrācija, kas var palīdzēt iekšēji iegūt piemaisījumus. Kristāla diametra nozares standarts ir no 75 līdz 210 mm ar<100>kristalogrāfisko orientāciju. Augstas tīrības pakāpes polisilīciju (saules kvalitātes silīcija) materiāls ar papildu dopants, visbiežāk bora (P-veida dopings) vai fosfors (piemēram,N-veida dopings) tiek izmantots kā izejviela procesam. Uz virsmas novieto vienu kristāla silīcija sēklu, rotē un pakāpeniski uzzīmē uz augšu. Tas izvelk izkausētu silīciju no kausēšanas tā, lai no sēklām tas varētu sacietēt vienlaidu vienā kristāli. Temperatūru un vilkšanas ātrumu rūpīgi noregulē, lai novērstu kristāla dislokāciju, ko var radīt sēklas/kausējošs kontaktšoks. Ātruma kontrole var ietekmēt arī kristāla diametru. Tipiskā skābekļa un oglekļa koncentrācija ir [O] ≈ 5-10 × 1017Cm-3un [C] ≈ 5-10 × 1015Cm-3Attiecīgi. Sakarā ar šķīdības mainīgumu skābekļa silīcija (no 1018Cm-3pie silīcija kušanas punkta uz vairākiem lieluma zemākas istabas temperatūrā), skābeklis var nogulsnēties. Skābeklis, kas nav izgulsnēts var kļūt par elektriski aktīvu defektu, un tālāk, siltuma donori no skābekļa var ietekmēt pretestību materiāla. Alternatīvi, nogulsnēts skābeklis var veicināt iekšējo gettering piemaisījumu. Skābekļa intersticiālā forma [OI] ar boron-dopedP-silīcija tips var nopietni ietekmēt silīcija darbību. Apgaismojuma vai pašreizējās injekcijas laikā intersticiālais skābeklis veidobora-skābekļa defekts ar fona dopant, bors. Ir zināms, ka tas samazina pabeigtas saules baterijas efektivitāti līdz pat 10 % relatīvā.
Vēl viens standarta Cz procesa trūkums ir fakts, ka dopant sadalījums nav vienāds pa ingot, jo bora (0.8) un fosfora (0.3) segregācijas koeficients nav vienotība. Tā rezultātā cz vilkšanas procesa sākumā dopant koncentrācija ir salīdzinoši zema, tādējādi lielāka pretestība un lielāka dopant koncentrācija, tādējādi samazinot pretestību vilkšanas procesa beigās. Ņemot vērā fosfora segregācijas salīdzinoši zemo segregāciju, tas galvenokārt ir jautājums parN-tipa mono-Si, kā rezultātā ir plašs pretestības diapazonsN-tipa ņirņi.
Cz process un tam sekojošais ingot un vafeles griešanas process ir parādīts animācijas zemāk.
Vēl viens Cz procesa variants ir nepārtraukts Cz process. Nepārtrauktā Cz procesā izkausēt izkausētu tiek pievienots jauns materiāls. Tas ļauj ievērojami seklēmēt tīģeļos, samazinot mijiedarbību ar tīģeļa sienām, kā arī ļauj kontrolēt dopant koncentrāciju kausējumā un līdz ar to dopant koncentrācija ingotā var būt nemainīga. Tas tādējādi var novest pie daudz vienveidīgāku ingots ziņā pretestības, kas arī ir ilgāk, jo jums vairs nav tikai sākuma izkausēt apjomu. Tomēr nepārtrauktas Cz metodes trūkums ir tāds, ka piemaisījumus ar zemu segregācijas koeficientu var izveidot kausējumā, kā rezultātā vilkšanas procesa pēdējā daļā rodas lielas koncentrācijas.
CZ(Czochralski) Monokristāliskā silīcija saules vafele
