Nguồn: pv-manosystemuring.org
Silic đơn tinh thể (mono-Si hoặc c-Si) là silic bao gồm một đơn tinh thể rắn liên tục. Silicon được trồng cho các ứng dụng quang điện (PV) được trồng ở dạng hình trụ với đường kính điển hình là 8 inch (~ 200 mm). Bề mặt của hình trụ sau đó được cắt để tạo thành hình vuông giả. Những thỏi này có thể được chuẩn bị dưới dạng nội tại,p-loại pha tạp hoặcn-các loại silicon pha tạp chất.P-type doping thường đạt được bằng cách sử dụng boron trong khinpha tạp-loại đạt được bằng cách sử dụng phốt pho. Pin mặt trời được chế tạo từ mono-Si chiếm khoảng 35% (30%p-type và 5%n-type) của tất cả các tế bào năng lượng mặt trời dựa trên tấm silicon. Độ dày điển hình của sản xuất pin mặt trời PV sử dụng mono-Si nằm trong phạm vi 160‑190μm. Năm 2019, nhà sản xuất wafer silicon mono-Si lớn nhất là Tập đoàn vật liệu silicon Tây An Longi.
Phương pháp Cz - được đặt theo tên củaJan Czochralski - là phương pháp phổ biến nhất để sản xuất mono-Si. Phương pháp này có khả năng chịu ứng suất nhiệt tương đối thấp, thời gian xử lý ngắn và chi phí tương đối thấp. Silic được trồng thông qua quá trình Cz cũng được đặc trưng bởi nồng độ oxy tương đối cao có thể hỗ trợ quá trình lọc tạp chất bên trong. Tiêu chuẩn công nghiệp của đường kính tinh thể là từ 75‑210mm với< 100=""> định hướng tinh thể học. Vật liệu polysilicon (silicon cấp mặt trời) có độ tinh khiết cao với các chất pha tạp bổ sung, phổ biến nhất là boron (chop- pha tạp loại) hoặc phốt pho (chon-type doping) được sử dụng làm nguyên liệu cho quá trình. Một hạt silicon đơn tinh thể được đặt trên bề mặt, quay và dần dần kéo lên trên. Điều này kéo silicon nóng chảy ra khỏi chất nóng chảy để nó có thể đông đặc thành một đơn tinh thể liên tục từ hạt. Nhiệt độ và tốc độ kéo được điều chỉnh cẩn thận để loại bỏ sự lệch trong tinh thể, có thể được tạo ra bởi cú sốc tiếp xúc hạt / nóng chảy. Kiểm soát tốc độ cũng có thể ảnh hưởng đến đường kính của tinh thể. Nồng độ oxy và carbon điển hình là [O] ≈5‑10 × 1017cm-3và [C] ≈5‑10 × 1015cm-3, tương ứng. Do sự thay đổi độ hòa tan của oxy trong silic (từ 1018cm-3ở nhiệt độ nóng chảy của silic thấp hơn vài bậc ở nhiệt độ phòng), oxy có thể kết tủa. Ôxy không bị kết tủa có thể trở thành các khuyết tật hoạt động điện và hơn nữa, các chất bổ trợ nhiệt từ ôxy có thể ảnh hưởng đến điện trở suất của vật liệu. Ngoài ra, oxy kết tủa có thể tạo điều kiện cho các tạp chất tích tụ bên trong. Dạng kẽ của oxy [Oi] trong pha tạp boronp- loại silicon có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất của silicon. Dưới ánh sáng hoặc dòng điện phun, oxy kẽ tạo thànhkhiếm khuyết boron-oxy với chất pha tạp nền, bo. Điều này được biết là làm giảm hiệu suất của một pin mặt trời đã hoàn thành tương đối tới 10%.
Một nhược điểm khác của quá trình Cz tiêu chuẩn là sự phân bố dopant không đồng đều dọc theo thỏi vì hệ số phân tách của bo (0,8) và phốt pho (0,3) không thống nhất. Điều này dẫn đến nồng độ dopant tương đối thấp, do đó có điện trở suất cao hơn, khi bắt đầu quá trình kéo Cz và nồng độ dopant cao hơn, do đó điện trở suất thấp hơn, vào cuối quá trình kéo. Do quá trình phân ly tương đối thấp của phốt pho, đây chủ yếu là một vấn đề đối vớin- loại mono-Si dẫn đến dải điện trở suất rộng chon-khuôn dạng thỏi.
Quá trình Cz và quá trình cắt phôi và tấm tiếp theo được hiển thị trong hình ảnh động bên dưới.
Một biến thể khác của quá trình Cz là quá trình Cz liên tục. Trong quá trình Cz liên tục, vật liệu mới được thêm vào nóng chảy trong quá trình kéo thỏi. Điều này cho phép chén nung nông hơn đáng kể, giảm sự tương tác với thành chén và cũng cho phép bạn kiểm soát nồng độ pha tạp chất trong quá trình nấu chảy và do đó nồng độ pha tạp chất trong thỏi có thể không đổi. Do đó, điều này có thể dẫn đến các thỏi đồng đều hơn nhiều về điện trở suất cũng lâu hơn vì bạn không còn bị giới hạn ở thể tích nóng chảy ban đầu. Tuy nhiên, một nhược điểm của phương pháp Cz liên tục là các tạp chất có hệ số phân tách thấp có thể được tích tụ trong quá trình nấu chảy dẫn đến nồng độ cao trong phần sau của quá trình kéo.
CZ (Czochralski) Wafer năng lượng mặt trời silicon đơn tinh thể
