المصدر: pv-manufacturing.org
السليكون أحادي البلورية (أحادي Si أو c-Si) هو السيليكون الذي يتكون من بلورة مفردة صلبة مستمرة. تتم زراعة السيليكون المزروع لتطبيقات الخلايا الكهروضوئية في شكل أسطواني بقطر نموذجي يبلغ 8 بوصات (200 مم تقريبًا). ثم يتم قطع سطح الاسطوانة لعمل شكل شبه مربع. يمكن تحضير هذه السبائك إما داخلية ،p- نوع مخدر أوn- نوع مخدر السيليكون.Pعادة ما يتم تناول المنشطات باستخدام البورونn- يتم تعاطي المنشطات باستخدام الفوسفور. تشكل الخلايا الشمسية المصنعة من أحادي Si ما يقدر بنحو 35 ٪ (30 ٪)p-نوع و 5٪n-type) لجميع الخلايا الشمسية القائمة على رقاقة السيليكون. السماكة النموذجية لإنتاج الخلايا الشمسية الكهروضوئية أحادية Si المستخدمة في نطاق 160-190 ميكرومتر. في عام 2019 ، كانت أكبر شركة مصنعة لرقائق السيليكون أحادية Si هي شركة Xi'an Longi Silicon Materials Corporation.
طريقة Cz - التي سميت على اسم Jan Czochralski - هي الطريقة الأكثر شيوعًا لإنتاج أحادي Si. تتميز هذه الطريقة بمقاومة إجهاد حراري منخفضة نسبيًا ووقت معالجة قصير وتكلفة منخفضة نسبيًا. يتميز السيليكون الذي يزرع عبر عملية CZ أيضًا بتركيز أكسجين مرتفع نسبيًا قد يساعد في الحصول على الشوائب الداخلية. معيار الصناعة لقطر البلور هو من 75‑210 مم مع&لتر ؛ 100 جيجا جرام ؛ التوجه البلوري. مادة البولي سيليكون عالية النقاء (السيليكون من الدرجة الشمسية) مع dopants إضافية ، وغالبًا ما يكون البورون (لـp- نوع المنشطات) أو الفوسفور (لn- نوع المنشطات) كمادة وسيطة للعملية. توضع بذرة سيليكون بلورية واحدة على السطح وتدويرها وسحبها تدريجياً لأعلى. يؤدي هذا إلى سحب السيليكون المصهور من المصهور بحيث يمكن أن يتصلب في بلورة مفردة مستمرة من البذرة. يتم ضبط درجة الحرارة وسرعة السحب بعناية للتخلص من التفكك في البلورة ، والتي يمكن أن تتولد عن طريق صدمة تلامس البذور / الذوبان. يمكن أن يؤثر التحكم في السرعة أيضًا على قطر البلورة. تركيزات الأكسجين والكربون النموذجية هي [O] ≈5‑10 × 1017سم-3و [C] ≈5‑10 × 1015سم-3على التوالي. بسبب تقلب قابلية ذوبان الأكسجين في السيليكون (من 1018سم-3عند نقطة انصهار السيليكون إلى عدة أوامر أقل في درجة حرارة الغرفة) ، يمكن أن يترسب الأكسجين. يمكن أن يصبح الأكسجين غير المترسب عيوبًا نشطة كهربائيًا ، علاوة على ذلك ، يمكن أن تؤثر الجهات المانحة الحرارية من الأكسجين على مقاومة المادة. بدلاً من ذلك ، يمكن للأكسجين المترسب أن يسهل عملية الجلب الداخلي للشوائب. الشكل الخلالي للأكسجين [Oi] في مخدر البورونpيمكن أن يؤثر السيليكون من النوع بشدة على أداء السيليكون. تحت الإضاءة أو الحقن الحالي ، يشكل الأكسجين الخلالي أعيب البورون والأكسجين مع الخلفية المشبعة ، البورون. من المعروف أن هذا يقلل من كفاءة الخلية الشمسية المكتملة بنسبة تصل إلى 10٪.
عيب آخر لعملية Cz القياسية هو حقيقة أن توزيع الشوائب ليس موحدًا على طول السبيكة لأن معامل الفصل بين البورون (0.8) والفوسفور (0.3) ليسا متحدان. ينتج عن هذا تركيز منشط منخفض نسبيًا ، ومن ثم مقاومة أعلى ، في بداية عملية سحب تشيكوسلوفاكيا وتركيز منشط أعلى ، وبالتالي مقاومة أقل ، في نهاية عملية السحب. نظرًا لعملية الفصل المنخفضة نسبيًا للفوسفور ، فهذه مشكلة رئيسية بالنسبة لـn- نوع أحادي سي مما ينتج عنه نطاق مقاومة واسع لـnسبائك من النوع.
يتم عرض عملية Cz وعملية قطع السبائك والرقائق اللاحقة في الرسوم المتحركة أدناه
البديل الآخر لعملية Cz هو عملية Cz المستمرة. في عملية C المستمرة ، تتم إضافة مادة جديدة إلى المصهور أثناء سحب السبائك. هذا يسمح ببوتقات أقل عمقًا بشكل كبير ، مما يقلل من التفاعل مع جدران البوتقة ، ويسمح لك أيضًا بالتحكم في تركيز المادة المخففة في المصهور ، وبالتالي يمكن أن يكون تركيز المادة المشوبة في السبيكة ثابتًا. يمكن أن يؤدي هذا بالتالي إلى المزيد من السبائك المنتظمة من حيث المقاومة والتي تكون أطول أيضًا لأنك لم تعد مقيدًا بحجم الذوبان الأولي. ومع ذلك ، فإن عيب طريقة Cz المستمر هو أن الشوائب ذات معامل الفصل المنخفض يمكن أن تتراكم في المصهور مما يؤدي إلى تركيزات عالية في الجزء الأخير من عملية السحب.
تشيكوسلوفاكيا (Czochralski) رقاقة أحادية السيليكون الشمسية
