Zdroj: pv-manufacturing.org
Monokrystalický křemík (mono-Si nebo c-Si) je křemík, který se skládá z kontinuálního pevného monokrystalu. Křemík pěstovaný pro fotovoltaické (PV) aplikace se pěstuje ve válcovité formě s typickým průměrem 8 palců (~ 200 mm). Povrch válce je poté ořezán, aby se vytvořil pseudo-čtvercový tvar. Tyto ingoty mohou být připraveny buď jako vnitřní,p-typ dopovaný nebon-typem dotovaný křemík.P-typový doping se obvykle dosahuje použitím bóru whilen- dopování typu je dosaženo použitím fosforu. Solární články vyrobené z mono-Si tvoří odhadem 35% (30%p-typ a 5%n-typ) všech solárních článků na bázi křemíkových destiček. Typická tloušťka výroby solárních článků využívajících mono-Si je v rozmezí 160–190 μm. V roce 2019 byla největším výrobcem křemíkových desek mono-Si Xi'an Longi Silicon Materials Corporation.
Metoda Cz - pojmenovaná podle Jana Czochralského - je nejběžnější metodou výroby mono-Si. Tato metoda má relativně nízkou odolnost proti tepelnému namáhání, krátkou dobu zpracování a relativně nízké náklady. Křemík pěstovaný procesem Cz se také vyznačuje relativně vysokou koncentrací kyslíku, která může napomáhat vnitřnímu hromadění nečistot. Průmyslový standard průměru krystalů je od 75-210 mm s&<; 100="" gg="">; krystalografická orientace. Vysoce čistý polykrystalický křemík (solární křemík) s dalšími příměsemi, nejčastěji bór (prop- doping typu) nebo fosfor (pron-typ doping) se používá jako surovina pro proces. Na povrch se položí monokrystalické křemíkové semeno, otočí se a postupně se táhne nahoru. Tím se roztavený křemík vytáhne z taveniny, aby mohl ze semene ztuhnout na souvislý monokrystal. Teplota a rychlost tažení jsou pečlivě nastaveny, aby se vyloučila dislokace v krystalu, která může být generována kontaktním šokem osiva / taveniny. Ovládání rychlosti může také ovlivnit průměr krystalu. Typické koncentrace kyslíku a uhlíku jsou [O] ≈5‑10 × 1017cm-3a [C] ≈5‑10 × 1015cm-3, resp. Kvůli variabilitě rozpustnosti kyslíku v křemíku (od 1018cm-3při teplotě tání křemíku o několik řádů nižší při teplotě místnosti) se může vysrážet kyslík. Kyslík, který se nevysráží, se může stát elektricky aktivními vadami a dále mohou tepelné donory z kyslíku ovlivnit měrný odpor materiálu. Alternativně může vysrážený kyslík usnadnit vnitřní pronikání nečistot. Intersticiální forma kyslíku [O.i] v bóru dopovanýp-typ křemíku může vážně ovlivnit výkon křemíku. Pod osvětlením nebo proudovou injekcí tvoří intersticiální kyslík aporucha boru a kyslíku s příměsí pozadí, bór. Je známo, že snižuje účinnost hotového solárního článku až o 10% relativně.
Další nevýhodou standardního procesu Cz je skutečnost, že distribuce dopantů není podél ingotu rovnoměrná, protože koeficient segregace boru (0,8) a fosforu (0,3) není jednota. To má za následek relativně nízkou koncentraci dopantu, tedy vyšší odpor, na začátku procesu tahání Cz a vyšší koncentraci dopantu, tedy nižší odpor, ke konci procesu tahání. Kvůli relativně nízkému procesu segregace fosforu je to hlavně problémn-typ mono-Si, což má za následek široký rozsah měrného odporu pron-typy ingoty.
Proces Cz a následný proces řezání ingotů a destiček je uveden v animaci níže.
Další variantou procesu Cz je kontinuální proces Cz. V kontinuálním procesu Cz se během tažení ingotu přidává do taveniny nový materiál. To umožňuje výrazně mělčí kelímky, což snižuje interakci se stěnami kelímku, a také vám umožňuje kontrolovat koncentraci dopantu v tavenině a následně může být koncentrace dopantu v ingotu konstantní. To tedy může vést k mnohem rovnoměrnějším ingotům, pokud jde o odpor, které jsou také delší, protože již nejste omezeni na počáteční objem taveniny. Nevýhodou kontinuální metody Cz je však to, že v tavenině mohou být vytvářeny nečistoty s nízkým koeficientem segregace, což má za následek vysoké koncentrace v druhé části tažného procesu.
CZ (Czochralski) Monokrystalická křemíková solární destička
