Solar CZ (Czochralski) Monokristallijn siliciumstaaf- en wafelproductie

- Sep 16, 2020-

Bron: pv-manufacturing.org



Monokristallijn silicium (mono-Si of c-Si) is silicium dat bestaat uit een continu vast eenkristal. Het silicium dat wordt gekweekt voor fotovoltaïsche (PV) toepassingen wordt gekweekt in een cilindrische vorm met een typische diameter van 8 inch (~ 200 mm). Het oppervlak van de cilinder wordt vervolgens bijgesneden om een ​​pseudo-vierkante vorm te krijgen. Deze blokken kunnen worden bereid als ofwel intrinsiek,p-type gedoopt ofn-type gedoteerd silicium.P-type doping wordt meestal bereikt met behulp van boor, terwijln-type doping wordt bereikt met behulp van fosfor. Zonnecellen vervaardigd uit mono-Si maken naar schatting 35% (30%p-type en 5%n-type) van alle zonnecellen op basis van siliciumwafels. De typische dikte van mono-Si gebruikte PV-zonnecelproductie ligt in het bereik van 160-190 μm. In 2019 was Xi'an Longi Silicon Materials Corporation de grootste fabrikant van mono-Si-siliciumwafels.

CZ process for making monocrystalline ingot

De Cz-methode - genoemd naar Jan Czochralski - is de meest gebruikelijke methode voor mono-Si-productie. Deze methode heeft een relatief lage thermische spanningsweerstand, een korte verwerkingstijd en relatief lage kosten. Het silicium dat via het Cz-proces wordt gegroeid, wordt ook gekenmerkt door een relatief hoge zuurstofconcentratie die kan helpen bij het intern opvangen van onzuiverheden. De industriestandaard van de kristaldiameter is van 75-210 mm met een< 100=""> kristallografische oriëntatie. Polysilicium van hoge zuiverheid (silicium van zonnekwaliteit) met extra doteermiddelen, meestal boor (voorp-type doping) of fosfor (voorn-type doping) wordt gebruikt als grondstof voor het proces. Een enkelkristal silicium zaadje wordt op het oppervlak geplaatst, geroteerd en geleidelijk naar boven getrokken. Dit trekt het gesmolten silicium uit de smelt zodat het kan stollen tot een continu eenkristal uit het zaad. De temperatuur en de treksnelheid worden zorgvuldig aangepast om dislocatie in het kristal te elimineren, die kan worden gegenereerd door de zaad / smelt-contactschok. Het regelen van de snelheid kan ook de diameter van het kristal beïnvloeden. De typische zuurstof- en koolstofconcentraties zijn [O] ≈5-10 × 1017cm-3en [C] ≈5-10 × 1015cm-3, respectievelijk. Vanwege oplosbaarheidsvariabiliteit van zuurstof in silicium (vanaf 1018cm-3bij het siliciumsmeltpunt tot enkele ordes van grootte lager bij kamertemperatuur), kan zuurstof neerslaan. De zuurstof die niet wordt geprecipiteerd, kan elektrisch actieve defecten worden, en verder kunnen de thermische donoren van de zuurstof de soortelijke weerstand van het materiaal beïnvloeden. Als alternatief kan neergeslagen zuurstof een interne vangst van onzuiverheden vergemakkelijken. De interstitiële vorm van zuurstof [Oi] in met boor gedoteerdp-type silicium kan de prestaties van het silicium ernstig beïnvloeden. Onder verlichting of stroominjectie vormt de interstitiële zuurstof eenboor-zuurstofdefect met de achtergrond-doteerstof, boor. Het is bekend dat dit de efficiëntie van een voltooide zonnecel tot 10% relatief vermindert.


20180528_122913.jpg
Figuur 1: Foto van een lange Cz-baar genomen op de SNEC-tentoonstelling in 2018.


Een ander nadeel van het standaard Cz-proces is het feit dat de verdeling van de doteerstof niet uniform is langs de staaf omdat de segregatiecoëfficiënt van boor (0,8) en fosfor (0,3) niet één is. Dit resulteert in een relatief lage doteerstofconcentratie, dus een hogere soortelijke weerstand, aan het begin van het Cz-trekproces en een hogere doteerstofconcentratie, en dus een lagere soortelijke weerstand, tegen het einde van het trekproces. Vanwege het relatief lage segregatieproces van fosfor is dit vooral een probleem voorn-type mono-Si resulterend in een breed weerstandsbereik voorn-type blokken.

Het Cz-proces en het daaropvolgende snijproces van ingots en wafels wordt getoond in de onderstaande animatie.


Een andere variant van het Cz-proces is het continue Cz-proces. Bij het continue Cz-proces wordt tijdens het trekken van de gieteling nieuw materiaal aan de smelt toegevoegd. Dit zorgt voor aanzienlijk ondieperere smeltkroezen, waardoor de interactie met de smeltkroeswanden wordt verminderd, en ook kunt u de doteerstofconcentratie in de smelt regelen en bijgevolg kan de doteringsstofconcentratie in de staaf constant zijn. Dit kan dus leiden tot veel meer uniforme ingots in termen van resistiviteit die ook langer zijn omdat u niet langer beperkt bent tot het startende smeltvolume. Een nadeel van de continue Cz-methode is echter dat onzuiverheden met een lage segregatiecoëfficiënt in de smelt kunnen worden opgebouwd met als gevolg hoge concentraties in het laatste deel van het trekproces.


CZ (Czochralski) Monokristallijn silicium zonnewafeltje


CZ monokristallijnM12 / G12 zonnewafel


CZ monokristallijnM6 zonne-wafer


CZ monokristallijnM4 zonne-wafer


CZ monokristallijnG1 / 158.75mm zonnewafel


CZ monokristallijnM2 / 156,75 mm zonne-wafel