1 Hvad er polykrystallinsk silicium?
Polykrystallinsk silicium (Poly Si eller Polysilicon) er et halvledermateriale, der almindeligvis anvendes til fremstilling af fotovoltaiske celler og elektroniske komponenter. Det er sammensat af flere korn (krystalpartikler), der er indbyrdes forbundet ved grænserne, men atomarrangementet inde i hvert korn er ordnet. Polykrystallinsk silicium er meget udbredt til fremstilling af solcelleceller. I fotovoltaiske moduler er polykrystallinske siliciumceller forbundet i serie og parallelt for at danne solpaneler. Disse solpaneler bruges til at omdanne solenergi til elektrisk energi.
Derudover bruges det også til at fremstille gatematerialer til visse elektroniske komponenter såsom transistorer og integrerede kredsløb.
Karakteristika for polykrystallinsk silicium:
Polykrystallinsk struktur:Polykrystallinsk silicium er sammensat af flere korn, med atomer arrangeret på en ordnet måde inden for hvert korn, men atomer arrangeret tilfældigt ved grænserne mellem korn. Disse korn har forskellige størrelser og orienteringer.
Relativt lave omkostninger:Produktionsprocessen af polykrystallinsk silicium er relativt enkel og omkostningseffektiv, hvilket gør den velegnet til produktion i stor skala. Dette giver polykrystallinske silicium fotovoltaiske celler en prisfordel på markedet.
Lav effektivitet:På grund af tilstedeværelsen af korngrænser er den fotoelektriske konverteringseffektivitet af polykrystallinske silicium fotovoltaiske celler normalt lavere end monokrystallinske silicium fotovoltaiske celler. Fejl ved korngrænser kan forårsage rekombination af bærere og derved reducere batterieffektiviteten.
Polykrystallinsk siliciumproduktionsproces:
Råmateriale rensning:Produktionen af polykrystallinsk silicium starter normalt med silicium af metallurgisk kvalitet (MG Si), som først skal renses for at fjerne urenheder fra silicium og producere siliciumråmaterialer med høj renhed. Den almindeligt anvendte metode er Siemens-processen, som opnår højrent polykrystallinsk silicium gennem kemisk dampaflejring (CVD).
Reduktionsproces:Silicium af metallurgisk kvalitet reagerer med hydrogenchlorid til fremstilling af trichlorsilan (HSiCl3), som derefter renses ved destillation. Endelig reduceres trichlorsilan ved høj temperatur for at fremstille polykrystallinsk silicium med høj renhed.
Reaktionsproces:Silicium af metallurgisk kvalitet reagerer med hydrogenchlorid (HCl) for at producere trichlorsilan (HSiCl3) og andre biprodukter. Si+3HCL→HSiCl3+H2
Ingot:Polykrystallinsk silicium af høj renhed smeltes og støbes i store bidder af polykrystallinske siliciumbarrer. Efter afkøling er disse barrer sammensat af flere siliciumkorn med forskellige orienteringer.
Udskæring:Polykrystallinske siliciumbarrer skæres i tynde skiver af en skæremaskine, som kaldes wafers og bruges til at fremstille solcelleceller.
Detektion og klassificering af polykrystallinske siliciumskiver
Optisk inspektion:Brug optisk inspektionsudstyr til at inspicere overfladekvaliteten og krystalstrukturen af polykrystallinske siliciumwafers.
Test af elektrisk ydeevne:Test af de elektriske egenskaber af polykrystallinske siliciumwafers, såsom minoritetsbærers levetid, ledningsevne osv.
Kvalitetsvurdering:Baseret på testresultaterne bliver polykrystallinske siliciumwafers klassificeret efter kvalitet og ydeevne for at sikre, at højkvalitets siliciumwafers bruges til effektiv fremstilling af fotovoltaiske celler.
2 Hvad er monokrystallinsk silicium
Monokrystallinsk silicium er et siliciummateriale med høj renhed, der består af en enkelt krystalstruktur. Atomarrangementet af enkeltkrystalsilicium er velordnet, krystalstrukturen er komplet, og den har fremragende elektriske egenskaber og mekanisk styrke. Monokrystallinske fotovoltaiske siliciumceller er i øjeblikket en af de mest effektive fotovoltaiske celler på markedet, med høj fotoelektrisk konverteringseffektivitet og velegnet til forskellige fotovoltaiske elproduktionssystemer. Kan bruges som hovedmateriale til fremstilling af halvlederenheder såsom integrerede kredsløb (IC'er), mikroprocessorer, hukommelser, sensorer osv. Derudover skæres, doteres, ætses og pakkes højrente monokrystallinske siliciumwafers (wafers) til produktion forskellige elektroniske komponenter og chips. Monokrystallinsk silicium bruges også til at fremstille optiske linser, infrarøde vinduer, laserenheder og mere.
Produktionsproces:
1. Forberedelse af råmateriale:Råmaterialet til monokrystallinsk silicium er silicium af høj renhed, normalt ved hjælp af renset silicium af metallurgisk kvalitet.
2. Produktionsmetode:
Czochralski-metoden (CZ-metoden):
Trin:Smelt højrent silicium i en digel, indsæt en enkelt krystal silicium frøkrystal med den ønskede krystalorientering, drej derefter langsomt og træk i frøkrystallen for at tillade siliciumsmelten at krystallisere på frøkrystallen, der gradvist danner en enkelt krystal siliciumstav.
Karakteristika:CZ-metoden kan producere monokrystallinske siliciumstænger med stor diameter og høj renhed, men den er tilbøjelig til at indføre ilt og andre urenheder.
Flydende zone (FZ):
Trin:Brug højfrekvent induktionsopvarmning til at smelte et lokalt område af siliciumstangen uden en digel, og flyt derefter smeltezonen på siliciumstangen ved at flytte induktionsspolen, hvorved polykrystallinsk silicium gradvist omdannes til monokrystallinsk silicium.
Funktioner:Enkeltkrystal silicium fremstillet ved FZ-metoden har højere renhed og lavere urenhedsindhold, hvilket gør det velegnet til fremstilling af højtydende halvlederenheder.
3. Skæring og forarbejdning
Skæring:Brug en diamantwiresav til at skære en enkelt krystal siliciumstang i tynde skiver, kendt som wafers.
Slibning og polering:Slibning og polering af den skårne siliciumwafer for at fjerne overfladefejl og forbedre dens fladhed og renhed.
3 Forskellen mellem monokrystallinsk silicium og polykrystallinsk silicium
De vigtigste forskelle mellem monokrystallinsk silicium og polykrystallinsk silicium ligger i deres struktur, egenskaber og anvendelser. Monokrystallinsk silicium er sammensat af en enkelt krystalstruktur med ordnet atomarrangement og høj fotoelektrisk konverteringseffektivitet (18 % -24 %). Det har overlegne elektriske egenskaber og er velegnet til højtydende fotovoltaiske celler og halvlederenheder, men produktionsomkostningerne er relativt høje. Polykrystallinsk silicium er sammensat af flere korn med korngrænser, hvilket resulterer i lav fotoelektrisk konverteringseffektivitet (15 % -20 %) og dårlige elektriske egenskaber. Det bruges hovedsageligt til storskala fotovoltaiske applikationer med lave produktionsomkostninger. Monokrystallinsk silicium har et ensartet udseende og god æstetik, mens polykrystallinsk silicium har et ujævnt udseende.