Kilde: pv-manufacturing.org
Monokrystallinsk silicium (mono-Si eller c-Si) er silicium, der består af en kontinuerlig fast enkeltkrystal. Silicium dyrket til solcelleanvendelse (PV) dyrkes i en cylindrisk form med en typisk diameter på 8 tommer (~ 200 mm). Cylinderens overflade trimmes derefter til en pseudo-firkantet form. Disse ingots kan fremstilles som enten iboende,p-type dopet ellern-type dopet silicium.P-type doping opnås typisk ved hjælp af bor mensn-type doping opnås ved hjælp af fosfor. Solceller fremstillet af mono-Si udgør anslået 35% (30%p-type og 5%n-type) af alle siliciumpladerbaserede solceller. Den typiske tykkelse af mono-Si anvendt PV-solcelleproduktion ligger i området 160-190 μm. I 2019 var den største producent af mono-siliciumplader Xi'an Longi Silicon Materials Corporation.
Cz-metoden - opkaldt efter Jan Czochralski - er den mest almindelige metode til mono-Si-produktion. Denne metode har en relativt lav termisk belastningsmodstand, kort behandlingstid og relativt lave omkostninger. Det silicium, der dyrkes via Cz-processen, er også kendetegnet ved en relativt høj iltkoncentration, som kan hjælpe med intern gettering af urenheder. Industristandarden for krystaldiameteren er fra 75-210 mm med en< 100=""> krystallografisk orientering. Polysiliciummateriale med høj renhed (silicium af solkvalitet) med yderligere doteringsmidler, oftest bor (tilp-type doping) eller fosfor (tiln-type doping) bruges som råmateriale til processen. Et enkeltkrystal siliciumfrø placeres på overfladen, roteres og trækkes gradvist opad. Dette trækker det smeltede silicium ud af smelten, så det kan størkne til en kontinuerlig enkeltkrystal fra frøet. Temperaturen og trækhastigheden justeres omhyggeligt for at eliminere forskydning i krystallen, som kan genereres af frø / smeltekontaktstød. Styring af hastigheden kan også påvirke krystalens diameter. De typiske ilt- og kulstofkoncentrationer er [O] ‑5-10 × 1017cm-3og [C] ‑5-10 × 1015cm-3, henholdsvis. På grund af opløselighedsvariationen af ilt i silicium (fra 1018cm-3ved siliciumsmeltepunktet til flere størrelsesordener lavere ved stuetemperatur) kan ilt udfældes. Det ilt, der ikke udfældes, kan blive elektrisk aktive defekter, og yderligere kan de termiske donorer fra ilt påvirke materialets resistivitet. Alternativt kan udfældet oxygen lette en intern gettering af urenheder. Den interstitielle form af ilt [Oi] i bor-dopetp-type silicium kan påvirke siliciumets ydeevne alvorligt. Under belysning eller strøminjektion danner det interstitielle ilt abor-iltdefekt med baggrundsdopemidlet, bor. Dette vides at reducere effektiviteten af en færdig solcelle med op til 10% relativ.
En anden ulempe ved standard Cz-processen er det faktum, at dopingsfordelingen ikke er ensartet langs barren, fordi segregeringskoefficienten for bor (0,8) og fosfor (0,3) ikke er enhed. Dette resulterer i en relativt lav dopantkoncentration, dermed højere resistivitet, ved starten af Cz-trækprocessen og en højere dopantkoncentration, dermed lavere resistivitet, mod slutningen af pull-processen. På grund af den relativt lave segregeringsproces af fosfor er dette hovedsageligt et problem forn-type mono-Si, hvilket resulterer i et bredt resistivitetsområde forn-type ingots.
Cz-processen og den efterfølgende ingot- og wafer-skæreproces vises i animationen nedenfor.
En anden variant af Cz-processen er den kontinuerlige Cz-proces. I den kontinuerlige Cz-proces tilføjes nyt materiale til smelten under gribetrækningen. Dette giver mulighed for betydeligt lavere smeltedigler, hvilket reducerer interaktionen med digelvæggene og giver dig også mulighed for at kontrollere dopantkoncentrationen i smelten, og derfor kan dopantkoncentrationen i barren være konstant. Dette kan således føre til meget mere ensartede ingots med hensyn til resistivitet, som også er længere, da du ikke længere er begrænset til udgangssmeltvolumenet. En ulempe ved den kontinuerlige Cz-metode er imidlertid, at urenheder med en lav segregeringskoefficient kan opbygges i smelten, hvilket resulterer i høje koncentrationer i den sidste del af trækprocessen.
CZ (Czochralski) Monokrystallinsk silicium solskive