Kilde: pv-manufacturing.org
Monokrystallinsk silisium (mono-Si eller c-Si) er silisium som består av en kontinuerlig solid enkeltkrystall. Silisium dyrket for solcelle (PV) applikasjoner er dyrket i en sylindrisk form med en typisk diameter på 8 inches (~ 200 mm). Overflaten av sylinderen blir deretter trimmet for å lage en pseudo-firkantet form. Disse ingots kan tilberedes som enten iboende,P-type dopet ellerN-type dopet silisium.P-type doping oppnås vanligvis ved bruk av bor mensN-type doping oppnås ved hjelp av fosfor. Solceller fabrikkert fra mono-Si består av anslagsvis 35 % (30 %P-type og 5 %N-type) av alle silisium wafer-baserte solceller. Den typiske tykkelsen på mono-Si brukt PV solcelleproduksjon er i 160-190 μm området. I 2019 var den største mono-Si si silisiumwaferprodusenten Xi'an Longi Silicon Materials Corporation.
Cz-metoden – oppkalt etter Jan Czochralski – er den vanligste metoden for mono-Si-produksjon. Denne metoden har en relativt lav termisk stressmotstand, kort behandlingstid og relativt lav pris. Silisiumet dyrket via Cz-prosessen er også preget av en relativt høy oksygenkonsentrasjon som kan hjelpe intern gettering av urenheter. Industristandarden på krystalldiameteren er fra 75-210 mm med en<100>krystallografisk orientering. Høy renhet polysilisium (solkvalitet silisium) materiale med ekstra dopants, oftest bor (forP-type doping) eller fosfor (forN-type doping) brukes som råstoff for prosessen. En enkelt krystall silisium frø er plassert på overflaten, rotert og gradvis trukket oppover. Dette trekker smeltet silisium ut av smelten slik at den kan stivne til en kontinuerlig enkelt krystall fra frøet. Temperaturen og trekkhastigheten justeres nøye for å eliminere forvridning i krystallen, som kan genereres av frø/smeltekontaktsjokk. Kontrollere hastigheten kan også påvirke diameteren av krystallen. De typiske oksygen- og karbonkonsentrasjonene er [O] ‰ 5-10 × 1017Cm-3og [C] ‰ 5-10 × 1015Cm-3Henholdsvis. På grunn av løselighet variabilitet av oksygen i silisium (fra 1018Cm-3ved silisiumsmeltingen peker til flere størrelsesordener lavere ved romtemperatur), kan oksygen utløse. Oksygenet som ikke utløses kan bli elektrisk aktive defekter, og videre kan de termiske donorene fra oksygenet påvirke materialets resistivitet. Alternativt kan utfelling av oksygen lette en intern gettering av urenheter. Den interstitielle formen for oksygen [OI] i bor-dopetP-type silisium kan påvirke ytelsen til silisium. Under belysning eller nåværende injeksjon danner interstitiell oksygen enbor-oksygen defekt med bakgrunnen dopant, bor. Dette er kjent for å redusere effektiviteten til en fullført solcelle med opptil 10 % slektning.
En annen ulempe med standard Cz prosessen er det faktum at dopant distribusjon er ikke ensartet langs ingot fordi segregering koeffisient av bor (0,8) og fosfor (0,3) er ikke enhet. Dette resulterer i en relativt lav dopant konsentrasjon, derav høyere resistivitet, ved starten av Cz trekkprosessen og en høyere dopant konsentrasjon, derav lavere resistivitet, mot slutten av trekkprosessen. På grunn av den relativt lave segregeringsprosessen av fosfor, er dette hovedsakelig et problem forN-type mono-Si som resulterer i et bredt resistivitetsområde forN-type ingots.
Cz-prosessen og påfølgende ingot- og wafer-skjæreprosessen vises i animasjonen nedenfor.
En annen variant av Cz-prosessen er den kontinuerlige Cz-prosessen. I den kontinuerlige Cz-prosessen legges nytt materiale til smeltingen under ingot-trekking. Dette gjør det mulig for betydelig grunnere diksibler, redusere samspillet med smeltedigelveggene, og lar deg også kontrollere dopantkonsentrasjonen i smelten og dermed dopantkonsentrasjonen i ingot kan være konstant. Dette kan dermed føre til mye mer ensartede ingots i form av resistivitet som også lenger er som du ikke lenger er begrenset til startsmeltevolumet. En ulempe med den kontinuerlige Cz-metoden er imidlertid at urenheter med lav segregeringskoeffisient kan bygges opp i smelten, noe som resulterer i høye konsentrasjoner i den siste delen av trekkprosessen.
CZ(Czochralski) monokrystallinsk silisium solar Wafer
