منبع: pv-manufacturing.org
سیلیکون مونو کریستال (mono-Si یا c-Si) سیلیکونی است که از یک کریستال تک جامد پیوسته تشکیل شده است. سیلیکونی که برای کاربردهای فتوولتائیک (PV) پرورش داده می شود به شکل استوانه ای با قطر معمول 8 اینچ (~ 200 میلی متر) رشد می کند. سپس سطح استوانه اصلاح شده و به شکل مربع شبه در می آید. این شمش ها را می توان به صورت ذاتی تهیه کرد ،pنوع دوپ شده یاnنوع سیلیکون دوپ شدهPدوپینگ نوع معمولاً با استفاده از بور در حالی انجام می شودnدوپینگ نوع با استفاده از فسفر حاصل می شود. سلول های خورشیدی ساخته شده از mono-Si تخمین زده می شود 35٪ (30٪pنوع و 5٪nنوع) همه سلولهای خورشیدی مبتنی بر ویفر سیلیکون. ضخامت معمول تولید سلول خورشیدی PV استفاده شده در mono-Si در محدوده 160‑190μm است. در سال 2019 ، بزرگترین تولید کننده ویفر سیلیکون مونو سی ، شرکت مواد شیان لانگی سیلیکون بود.
روش Cz - به نام جان چوچرالسکی نامگذاری شده است - متداول ترین روش تولید مونو سی است. این روش دارای مقاومت در برابر تنش گرمایی نسبتاً کم ، زمان پردازش کوتاه و هزینه نسبتاً کم است. سیلیکونی که از طریق فرآیند Cz رشد می کند نیز با غلظت اکسیژن نسبتاً بالا مشخص می شود که ممکن است به جذب داخلی ناخالصی ها کمک کند. استاندارد صنعتی قطر کریستال از 7510210 میلی متر با lt&است ؛ 100> ؛ جهت گیری کریستالوگرافی. مواد پلی سیلیکون با خلوص بالا (سیلیکون با درجه خورشیدی) با مواد پاک کننده اضافی ، معمولاً بور (برای)pدوپینگ نوع) یا فسفر (برایnدوپینگ نوع) به عنوان ماده اولیه فرآیند استفاده می شود. یک دانه سیلیکون تک بلور روی سطح قرار می گیرد ، می چرخد و به تدریج به سمت بالا کشیده می شود. این سیلیکون مذاب را از مذاب بیرون می کشد تا بتواند از یک دانه به صورت یک بلور مداوم جامد شود. دما و سرعت کشش با دقت تنظیم می شود تا دررفتگی در بلور ، که می تواند توسط شوک تماس دانه / مذاب ایجاد شود ، از بین برود. کنترل سرعت همچنین می تواند بر قطر کریستال تأثیر بگذارد. غلظت های اکسیژن و کربن معمولاً [O] ‑5‑10 × 10 است17سانتی متر-3و [C] ‑5‑10 × 1015سانتی متر-3، به ترتیب. به دلیل قابلیت حل پذیری اکسیژن در سیلیکون (از 1018سانتی متر-3در نقطه ذوب سیلیکون به چندین درجه بزرگتر در دمای اتاق کمتر) ، اکسیژن می تواند رسوب کند. اکسیژن رسوب نشده می تواند به نقایص فعال الکتریکی تبدیل شود و بعلاوه ، اهداکنندگان حرارتی حاصل از اکسیژن می توانند مقاومت مواد را تحت تأثیر قرار دهند. متناوباً ، اکسیژن رسوب یافته می تواند جذب داخلی ناخالصی ها را تسهیل کند. فرم بینابینی اکسیژن [Oi] در بور دوپ شده استpسیلیکون نوع می تواند به شدت بر عملکرد سیلیکون تأثیر بگذارد. تحت تابش یا تزریق جریان ، اکسیژن بینابینی تشکیل می شودنقص اکسیژن بور با پس زمینه مایع ، بور. این امر برای کاهش کارایی سلول خورشیدی کامل شده تا 10٪ نسبی شناخته شده است.
عیب دیگر فرآیند استاندارد Cz این واقعیت است که توزیع دوپانت در طول شمش یکنواخت نیست زیرا ضریب تفکیک بور (0.8) و فسفر (0.3) وحدت ندارند. این نتایج در یک غلظت دوپانت نسبتاً کم ، از این رو مقاومت بالاتر ، در آغاز فرایند کشیدن Cz و غلظت دوپانت بالاتر ، از این رو مقاومت پایین تر ، نسبت به پایان روند کشیدن منجر می شود. با توجه به روند تفکیک نسبتاً کم فسفر ، این مسئله عمدتا مورد توجه استnنوع مونو-سی و در نتیجه طیف وسیعی از مقاومت برایnشمش نوع.
روند Cz و مراحل بعدی برش شمش و ویفر در انیمیشن زیر نشان داده شده است.
نوع دیگر فرآیند Cz ، فرآیند مداوم Cz است. در فرآیند مداوم Cz ، در حین کشش شمش ، مواد جدیدی به مذاب اضافه می شود. این اجازه می دهد تا بوته های قابل توجه کم عمق ، تعامل با دیواره های بوته را کاهش دهد ، و همچنین به شما امکان می دهد غلظت دوپانت در مذاب را کنترل کنید و در نتیجه غلظت دوپان در شمش می تواند ثابت باشد. بنابراین این می تواند از نظر مقاومت به شمش های یکنواخت تری منجر شود که طولانی تر هستند زیرا دیگر محدود به حجم ذوب اولیه نمی شوید. یک عیب روش مداوم Cz این است که ناخالصی هایی با ضریب تفکیک کم می توانند در مذاب ایجاد شده و در نتیجه در غلظت های بالا در قسمت دوم فرآیند کشش ایجاد شوند.
ویفر خورشیدی سیلیکون مونو کریستالی CZ (Czochralski)
