Solar CZ(Czochralski) Monocrystalline Silicon Ingot And Wafer Production

- Sep 16, 2020-

Bron: pv-manufacturing.org



Monokristallijn silicium (mono-Si of c-Si) is silicium dat bestaat uit een continu vast enkel kristal. Het silicium geteeld voor fotovoltaïsche (PV) toepassingen wordt geteeld 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 maken. Deze staven kunnen worden voorbereid als intrinsieke,P-getrapt typen ofN-type gesedrogeerd silicium.P-type doping wordt meestal bereikt met behulp van boor, terwijlN-type doping wordt bereikt met fosfor. Zonnecellen vervaardigd uit mono-Si omvat naar schatting 35 % (30 %P-type en 5 %N-type) van alle zonnecellen op basis van siliciumwafer. De typische dikte van mono-Si gebruikte PV zonnecelproductie is binnen de 160-190 μm waaier. In 2019 was xi'an Longi Silicon Materials Corporation de grootste mono-Si siliciumwaferfabrikant.

CZ process for making monocrystalline ingot

De Cz-methode, vernoemd naar Jan Czochralski, is de meest voorkomende methode voor mono-Si-productie. Deze methode heeft een relatief lage thermische stressbestendigheid, korte verwerkingstijd en relatief lage kosten. Het silicium dat via het Cz-proces wordt geteeld, wordt ook gekenmerkt door een relatief hoge zuurstofconcentratie die kan helpen bij het inwendig gettering van onzuiverheden. De industriestandaard van de kristaldiameter is van 75-210 mm met een<100>kristallografische oriëntatie. Hoog zuiverheid polysilicium (zonne-kwaliteit silicium) materiaal met extra dopants, meestal boor (voorP-type doping) of fosfor (voorN-type doping) wordt gebruikt als grondstof voor het proces. Een enkel kristal silicium zaad wordt geplaatst op het oppervlak, gedraaid en geleidelijk naar boven getrokken. Dit trekt het gesmolten silicium uit de smelt, zodat het kan stollen in een continue enkele kristal 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/smeltcontactschok. Het regelen van de snelheid kan ook invloed hebben op de diameter van het kristal. De typische zuurstof- en koolstofconcentraties zijn [O] ≈ 5-10 × 1017Cm-3en [C] ≈ 5-10 × 1015Cm-3Respectievelijk. Door oplosbaarheid variabiliteit van zuurstof in silicium (van 1018Cm-3op het smeltpunt van silicium naar verschillende ordes van grootte lager bij kamertemperatuur), kan zuurstof neerslaan. De zuurstof die niet wordt neergeslagen kan elektrisch actieve defecten worden, en verder kunnen de thermische donoren van de zuurstof de weerstand van het materiaal beïnvloeden. Als alternatief kan neergeslagen zuurstof een interne gettering van onzuiverheden vergemakkelijken. De interstitiële vorm van zuurstof [OIk] in boor-gedrogeerdP-type silicium kan de prestaties van het silicium ernstig beïnvloeden. Bij verlichting of stroominjectie vormt de interstitiële zuurstof eenboor-zuurstof defect met de achtergrond dopant, boor. Dit is bekend dat de efficiëntie van een voltooide zonnecel te verminderen met maximaal 10 % relatief.


20180528_122913.jpg
Figuur 1: Foto van een lange Cz ingot genomen op de SNEC Tentoonstelling in 2018.


Een ander nadeel van het standaard Cz-proces is het feit dat de dopantverdeling niet uniform is langs de ingots, omdat de segregatiecoëfficiënt van boor (0,8) en fosfor (0,3) geen eenheid is. Dit resulteert in een relatief lage dopantconcentratie, vandaar een hogere weerstand, aan het begin van het Cz-trekproces en een hogere dopantconcentratie, vandaar een lagere weerstand, tegen het einde van het trekproces. Door het relatief lage segregatieproces van fosfor is dit vooral een probleem voorN-type mono-Si wat resulteert in een breed weerstandsbereik voorN-keur ingots van het type.

Het Cz-proces en het daaropvolgende ingot- en wafersnijproces worden weergegeven in de onderstaande animatie.


Een andere variant van het Cz-proces is het continue Cz-proces. In het continue Cz-proces wordt nieuw materiaal toegevoegd aan de smelt tijdens het ingottrekken. Dit zorgt voor aanzienlijk ondiepere smeltkroes, het verminderen van de interactie met de smeltkroes, en stelt u ook in staat om de dopant concentratie in de smelt te controleren en bijgevolg kan de dopant concentratie in de ingots constant zijn. Dit kan dus leiden tot veel meer uniforme ingots in termen van weerstand die ook langer zijn als je niet langer beperkt tot het startsmeltvolume. Een nadeel van de continue Cz-methode is echter dat onzuiverheden met een lage segregatiecoëfficiënt kunnen worden opgebouwd in de smelt, wat resulteert in hoge concentraties in het laatste deel van het trekproces.


CZ(Czochralski) Monocrystalline Silicon Solar Wafer


CZ monokristallijnM12/G12 zonnewafer


CZ monokristallijnM6 zonnewafer


CZ monokristallijnM4 zonnewafer


CZ monokristallijnG1/158.75mm zonnewafer


CZ monokristallijnM2/156.75mm zonnewafer