1 Šta je polikristalni silicijum?
Polikristalni silicij (Poly Si ili Polysilicon) je poluvodički materijal koji se obično koristi u proizvodnji fotonaponskih ćelija i elektronskih komponenti. Sastoji se od više zrna (čestica kristala) koja su međusobno povezana na granicama, ali je atomski raspored unutar svakog zrna uređen. Polikristalni silicij se široko koristi u proizvodnji solarnih fotonaponskih ćelija. U fotonaponskim modulima, ćelije od polikristalnog silicija su povezane serijski i paralelno da formiraju solarne panele. Ovi solarni paneli se koriste za pretvaranje solarne energije u električnu energiju.
Osim toga, koristi se i za proizvodnju materijala za kapije za određene elektronske komponente kao što su tranzistori i integrirana kola.
Karakteristike polikristalnog silicijuma:
Polikristalna struktura:Polikristalni silicijum se sastoji od više zrna, pri čemu su atomi raspoređeni na uredan način unutar svakog zrna, ali atomi raspoređeni nasumično na granicama između zrna. Ova zrna imaju različite veličine i orijentacije.
Relativno niska cijena:Proces proizvodnje polikristalnog silicija je relativno jednostavan i isplativ, što ga čini pogodnim za proizvodnju velikih razmera. Ovo daje fotonaponskim ćelijama od polikristalnog silicija cjenovnu prednost na tržištu.
Niska efikasnost:Zbog prisutnosti granica zrna, efikasnost fotoelektrične konverzije fotonaponskih ćelija od polikristalnog silicija obično je niža od fotonaponskih ćelija monokristalnog silicija. Defekti na granicama zrna mogu uzrokovati rekombinaciju nosača, čime se smanjuje efikasnost baterije.
Proces proizvodnje polikristalnog silicija:
Prečišćavanje sirovina:Proizvodnja polikristalnog silicijuma obično počinje sa silicijumom metalurškog kvaliteta (MG Si), koji prvo treba da se pročisti da bi se uklonile nečistoće iz silicijuma i proizvele silicijumske sirovine visoke čistoće. Uobičajena metoda je Siemensov proces, kojim se dobija polikristalni silicijum visoke čistoće putem hemijskog taloženja iz pare (CVD).
Proces redukcije:Silicijum metalurškog kvaliteta reaguje sa hlorovodonikom da bi se dobio trihlorosilan (HSiCl₃), koji se zatim pročišćava destilacijom. Konačno, triklorosilan se reducira na visokoj temperaturi kako bi se dobio polikristalni silicijum visoke čistoće.
Proces reakcije:Silicijum metalurškog kvaliteta reaguje sa hlorovodonikom (HCl) da bi proizveo trihlorosilan (HSiCl₃) i druge nusproizvode. Si+3HCL→HSiCl₃+H₂
Ingot:Polikristalni silicij visoke čistoće se topi i lijeva u velike komade polikristalnih silicijumskih ingota. Nakon hlađenja, ovi ingoti se sastoje od više zrna silicijuma različitih orijentacija.
rezanje:Ingoti polikristalnog silicija seku se na tanke kriške, koje se nazivaju oblatne i koriste se za proizvodnju fotonaponskih ćelija.
Detekcija i klasifikacija polikristalnih silicijumskih pločica
optički pregled:Koristite opremu za optičku inspekciju da biste provjerili kvalitetu površine i kristalnu strukturu polikristalnih silikonskih pločica.
Ispitivanje električnih performansi:Ispitivanje električnih svojstava polikristalnih silicijumskih pločica, kao što su životni vijek manjinskih nosača, provodljivost, itd.
Ocjena kvaliteta:Na osnovu rezultata testiranja, polikristalne silikonske pločice se ocjenjuju prema kvaliteti i performansama kako bi se osiguralo da se visokokvalitetne silikonske pločice koriste za efikasnu proizvodnju fotonaponskih ćelija.
2 Šta je monokristalni silicijum
Monokristalni silicijum je silicijumski materijal visoke čistoće sastavljen od jednokristalne strukture. Atomski raspored monokristalnog silicijuma je uredan, kristalna struktura je kompletna i ima izvrsna električna svojstva i mehaničku čvrstoću. Monokristalne silicijumske fotonaponske ćelije su trenutno jedna od najefikasnijih fotonaponskih ćelija na tržištu, sa visokom efikasnošću fotoelektrične konverzije i pogodne za različite fotonaponske sisteme za proizvodnju energije. Može se koristiti kao glavni materijal za proizvodnju poluvodičkih uređaja kao što su integrirana kola (IC), mikroprocesori, memorije, senzori, itd. Osim toga, monokristalne silikonske pločice (vafere) visoke čistoće se režu, dopiraju, graviraju i pakuju za proizvodnju razne elektronske komponente i čipove. Monokristalni silicijum se takođe koristi za proizvodnju optičkih sočiva, infracrvenih prozora, laserskih uređaja i još mnogo toga.
Proizvodni proces:
1. Priprema sirovina:Sirovi materijal za monokristalni silicijum je silicijum visoke čistoće, koji obično koristi prečišćeni silicijum metalurškog kvaliteta.
2. Način proizvodnje:
Czochralski metoda (CZ metoda):
korak:Otopite silicijum visoke čistoće u lončiću, ubacite jednokristalni silikonski silikonski kristal sa željenom orijentacijom kristala, a zatim polako rotirajte i povucite sjemenski kristal kako biste omogućili da silicijum rastopljeni kristalizira na kristalu sjemena, postepeno formirajući jednokristalni silicijumski štap.
karakteristike:CZ metoda može proizvesti monokristalne silikonske šipke velikog promjera i visoke čistoće, ali je sklona uvođenju kisika i drugih nečistoća.
Plutajuća zona (FZ):
korak:Koristite visokofrekventno indukcijsko grijanje da otopite lokalnu površinu silicijumske šipke bez lončića, a zatim pomjerite zonu topljenja na silikonskoj šipki pomicanjem indukcijske zavojnice, postupno transformirajući polikristalni silicij u monokristalni silicij.
Karakteristike:Monokristalni silicij proizveden FZ metodom ima veću čistoću i manji sadržaj nečistoća, što ga čini pogodnim za proizvodnju poluvodičkih uređaja visokih performansi.
3. Rezanje i obrada
rezanje:Korišćenjem dijamantske žičane testere za rezanje monokristalne silikonske šipke na tanke kriške, poznate kao oblatne.
Brušenje i poliranje:Brušenje i poliranje rezane silikonske pločice kako bi se uklonili površinski nedostaci i poboljšala njena ravnost i čistoća.
3 Razlika između monokristalnog silicija i polikristalnog silicija
Glavne razlike između monokristalnog silicija i polikristalnog silicijuma leže u njihovoj strukturi, svojstvima i primjeni. Monokristalni silicijum se sastoji od jednokristalne strukture, sa uređenim atomskim rasporedom i visokom efikasnošću fotoelektrične konverzije (18% -24%). Ima vrhunska električna svojstva i pogodan je za fotonaponske ćelije i poluvodičke uređaje visokih performansi, ali je cijena proizvodnje relativno visoka. Polikristalni silicijum se sastoji od više zrna sa granicama zrna, što rezultira niskom efikasnošću fotoelektrične konverzije (15% -20%) i lošim električnim svojstvima. Uglavnom se koristi za velike fotonaponske aplikacije sa niskim troškovima proizvodnje. Monokristalni silicijum ima ujednačen izgled i dobru estetiku, dok polikristalni silicijum ima neujednačen izgled.