1 Vad är polykristallint kisel?
Polykristallint kisel (Poly Si eller Polysilicon) är ett halvledarmaterial som vanligtvis används vid tillverkning av solceller och elektroniska komponenter. Den är sammansatt av flera korn (kristallpartiklar) som är sammankopplade vid gränserna, men atomarrangemanget inuti varje korn är ordnat. Polykristallint kisel används i stor utsträckning vid tillverkning av solceller. I solcellsmoduler kopplas polykristallina kiselceller i serie och parallellt för att bilda solpaneler. Dessa solpaneler används för att omvandla solenergi till elektrisk energi.
Dessutom används den även för att tillverka grindmaterial för vissa elektroniska komponenter såsom transistorer och integrerade kretsar.
Egenskaper för polykristallint kisel:
Polykristallin struktur:Polykristallint kisel är sammansatt av flera korn, med atomer ordnade på ett ordnat sätt inom varje korn, men atomer ordnade slumpmässigt vid gränserna mellan korn. Dessa korn har olika storlekar och orienteringar.
Relativt låg kostnad:Produktionsprocessen av polykristallint kisel är relativt enkel och kostnadseffektiv, vilket gör den lämplig för storskalig produktion. Detta ger polykristallina fotovoltaiska kiselceller en prisfördel på marknaden.
Låg effektivitet:På grund av närvaron av korngränser är den fotoelektriska omvandlingseffektiviteten för polykristallina fotovoltaiska kiselceller vanligtvis lägre än den för monokristallina fotovoltaiska kiselceller. Defekter vid korngränserna kan orsaka rekombination av bärare och därigenom minska batterieffektiviteten.
Produktionsprocess för polykristallint kisel:
Råmaterialrening:Produktionen av polykristallint kisel börjar vanligtvis med kisel av metallurgisk kvalitet (MG Si), som först måste renas för att avlägsna föroreningar från kislet och producera kiselråvaror med hög renhet. Den vanligaste metoden är Siemens-processen, som erhåller högrent polykristallint kisel genom kemisk ångavsättning (CVD).
Reduktionsprocess:Kisel av metallurgisk kvalitet reagerar med väteklorid för att producera triklorsilan (HSiCl3), som sedan renas genom destillation. Slutligen reduceras triklorsilan vid hög temperatur för att producera polykristallint kisel med hög renhet.
Reaktionsprocess:Kisel av metallurgisk kvalitet reagerar med väteklorid (HCl) för att producera triklorsilan (HSiCl3) och andra biprodukter. Si+3HCL→HSiCl3+H2
Göt:Polykristallint kisel med hög renhet smälts och gjuts till stora bitar av polykristallint kiselgöt. Efter kylning är dessa tackor sammansatta av flera kiselkorn med olika orientering.
Skiva:Polykristallina kiselgöt skärs i tunna skivor av en skivare, som kallas wafers och används för att tillverka solceller.
Detektering och gradering av polykristallina kiselskivor
Optisk inspektion:Använd optisk inspektionsutrustning för att inspektera ytkvaliteten och kristallstrukturen hos polykristallina kiselskivor.
Test av elektrisk prestanda:Testa de elektriska egenskaperna hos polykristallina kiselskivor, såsom minoritetsbärares livslängd, konduktivitet, etc.
Kvalitetsgradering:Baserat på testresultaten graderas polykristallina kiselwafers efter kvalitet och prestanda för att säkerställa att högkvalitativa kiselwafers används för effektiv tillverkning av fotovoltaiska celler.
2 Vad är monokristallint kisel
Monokristallint kisel är ett högrent kiselmaterial som består av en enda kristallstruktur. Atomarrangemanget av enkristallkisel är ordnat, kristallstrukturen är komplett och den har utmärkta elektriska egenskaper och mekanisk styrka. Monokristallina fotovoltaiska kiselceller är för närvarande en av de mest effektiva fotovoltaiska cellerna på marknaden, med hög fotoelektrisk omvandlingseffektivitet och lämpar sig för olika fotovoltaiska kraftgenereringssystem. Kan användas som huvudmaterial för tillverkning av halvledarenheter såsom integrerade kretsar (ICs), mikroprocessorer, minnen, sensorer, etc. Dessutom skärs, dopas, etsas, och förpackas högrenade monokristallina kiselskivor (wafers) för att producera olika elektroniska komponenter och chips. Monokristallint kisel används också för att tillverka optiska linser, infraröda fönster, laserenheter och mer.
Produktionsprocess:
1. Råmaterialberedning:Råmaterialet för monokristallint kisel är kisel med hög renhet, vanligtvis med renat kisel av metallurgisk kvalitet.
2. Produktionsmetod:
Czochralski-metoden (CZ-metoden):
Steg:Smält högrent kisel i en degel, sätt in en enkristall kiselfrökristall med önskad kristallorientering, rotera sedan långsamt och dra i frökristallen för att låta kiselsmältan kristallisera på frökristallen och gradvis bilda en enkristallsilikonstav.
Egenskaper:CZ-metoden kan producera monokristallina kiselstavar med stor diameter och hög renhet, men den är benägen att införa syre och andra föroreningar.
Flytande zon (FZ):
Steg:Använd högfrekvent induktionsvärme för att smälta ett lokalt område av kiselstaven utan en degel, och flytta sedan smältzonen på kiselstaven genom att flytta induktionsspolen, gradvis omvandla polykristallint kisel till monokristallint kisel.
Drag:Enkristallkisel producerat med FZ-metoden har högre renhet och lägre föroreningshalt, vilket gör den lämplig för tillverkning av högpresterande halvledarenheter.
3. Skärning och bearbetning
Skärande:Använd en diamanttrådsåg för att skära en enkristallsilikonstav i tunna skivor, så kallade wafers.
Slipning och polering:Slipning och polering av den skurna silikonskivan för att ta bort ytdefekter och förbättra dess planhet och renhet.
3 Skillnaden mellan monokristallint kisel och polykristallint kisel
De huvudsakliga skillnaderna mellan monokristallint kisel och polykristallint kisel ligger i deras struktur, egenskaper och tillämpningar. Monokristallint kisel är sammansatt av en enda kristallstruktur, med ordnat atomarrangemang och hög fotoelektrisk omvandlingseffektivitet (18 % -24 %). Den har överlägsna elektriska egenskaper och är lämplig för högpresterande fotovoltaiska celler och halvledarenheter, men produktionskostnaden är relativt hög. Polykristallint kisel är sammansatt av flera korn med korngränser, vilket resulterar i låg fotoelektrisk omvandlingseffektivitet (15 % -20 %) och dåliga elektriska egenskaper. Den används främst för storskaliga solcellsapplikationer med låga produktionskostnader. Monokristallint kisel har ett enhetligt utseende och god estetik, medan polykristallint kisel har ett ojämnt utseende.