Quelle: pv-manufacturing.org
Monokristallines Silizium (mono-Si oder c-Si) ist Silizium, das aus einem kontinuierlichen festen Einzelkristall besteht. Das für Photovoltaik -Anwendungen (PV) angebaute Silizium wird in zylindrischer Form mit einem typischen Durchmesser von 8 Zoll (ca. 200 mm) angebaut. Die Oberfläche des Zylinders wird dann zu einer Pseudoquadratform getrimmt. Diese Barren können als intrinsische,P-Typ dotiert oderN-Typ dotiertes Silizium.P-Typ-Doping wird in der Regel mit Bor erreicht, währendN-Typ Doping wird mit Phosphor erreicht. Aus Mono-Si hergestellte Solarzellen umfassen schätzungsweise 35 % (30 %P-Typ und 5 %N-Typ) aller Siliziumwafer-basierten Solarzellen. Die typische Dicke der mono-Si verwendeten PV-Solarzellenproduktion liegt im Bereich von 160-190 m. Der größte Mono-Si-Siliziumwaferhersteller war 2019 die Xi'an Longi Silicon Materials Corporation.
Die Cz-Methode – benannt nach Jan Czochralski – ist die häufigste Methode der Mono-Si-Produktion. Diese Methode hat eine relativ geringe thermische Spannungsbeständigkeit, kurze Verarbeitungszeit und relativ niedrige Kosten. Das über das Cz-Verfahren angebaute Silizium zeichnet sich auch durch eine relativ hohe Sauerstoffkonzentration aus, die das innere Gettering von Verunreinigungen unterstützen kann. Der Industriestandard des Kristalldurchmessers liegt zwischen 75-210 mm mit<100>kristallographische Ausrichtung. Hochreines Polysilizium (Solarsilizium) Material mit zusätzlichen Dopants, am häufigstenP-Typ Doping) oder Phosphor (fürN-Typ Doping) wird als Ausgangsstoff für den Prozess verwendet. Ein einzelner Kristallsiliziumsamen wird auf die Oberfläche gelegt, gedreht und nach und nach nach oben gezogen. Dadurch wird das geschmolzene Silizium aus der Schmelze gezogen, so dass es sich aus dem Samen zu einem kontinuierlichen Einzelkristall verfestigen kann. Die Temperatur und die Zuggeschwindigkeit werden sorgfältig eingestellt, um Verwerfungen im Kristall zu vermeiden, die durch den Saat-/Schmelzkontaktschock erzeugt werden können. Die Steuerung der Geschwindigkeit kann sich auch auf den Durchmesser des Kristalls auswirken. Die typischen Sauerstoff- und Kohlenstoffkonzentrationen sind [O]17Cm-3und [C] bei 5-10 bei 1015Cm-3Bzw. Aufgrund der Löslichkeitsvariabilität von Sauerstoff in Silizium (ab 1018Cm-3am Siliziumschmelzpunkt auf mehrere Größenordnungen niedriger bei Raumtemperatur), sauerstoffkann ausfallen. Der Sauerstoff, der nicht ausgefällt wird, kann zu elektrisch aktiven Defekten werden, und darüber hinaus können die thermischen Spender aus dem Sauerstoff den Widerstand des Materials beeinflussen. Alternativ kann ausgefällter Sauerstoff eine innere Verdrängung von Verunreinigungen erleichtern. Die interstitielle Form von Sauerstoff [OIch] in Bor-dotiertP-Silizium kann die Leistung des Siliziums stark beeinträchtigen. Unter Beleuchtung oder Strominjektion bildet der interstitielle Sauerstoff eineBor-Sauerstoff-Defekt mit dem Hintergrund Dopant, Bor. Dies ist bekannt, um die Effizienz einer fertigen Solarzelle um bis zu 10 % relativ zu reduzieren.
Ein weiterer Nachteil des Cz-Standardverfahrens ist die Tatsache, dass die Dopantverteilung entlang des Barrens nicht einheitlich ist, da der Segregationskoeffizient von Bor (0,8) und Phosphor (0,3) keine Einheit ist. Dies führt zu einer relativ geringen Dopantkonzentration, also zu einem höheren Widerstand, zu Beginn des Cz-Ziehensprozesses und einer höheren Dopantkonzentration, also geringerer Widerstandsfähigkeit, gegen Ende des Ziehensprozesses. Aufgrund des relativ geringen Segregationsprozesses von Phosphor ist dies vor allem einN-Typ Mono-Si, was zu einem breiten Widerstandsbereich fürN-Typ Barren.
Der Cz-Prozess und der anschließende Barren- und Wafer-Schneidprozess werden in der Animation unten gezeigt.
Eine weitere Variante des Cz-Prozesses ist der kontinuierliche Cz-Prozess. Im kontinuierlichen Cz-Prozess wird der Schmelze beim Barrenziehen neues Material zugesetzt. Dies ermöglicht deutlich flachere Tiegel, reduziert die Wechselwirkung mit den Tiegelwänden und ermöglicht es Ihnen auch, die Dopant-Konzentration in der Schmelze zu kontrollieren und somit kann die Dopant-Konzentration im Barren konstant sein. Dies kann also zu wesentlich gleichmäßigeren Barren in Bezug auf den Widerstand führen, die auch länger sind, da Sie nicht mehr auf das Anfangsschmelzevolumen beschränkt sind. Ein Nachteil der kontinuierlichen Cz-Methode ist jedoch, dass Verunreinigungen mit einem niedrigen Segregationskoeffizienten in der Schmelze aufgebaut werden können, was zu hohen Konzentrationen im zweiten Teil des Ziehprozesses führt.
CZ(Czochralski) Monokristalliner Silizium-Solarwafer
