1 Ce este siliciul policristalin?
Siliciul policristalin (Poly Si sau Polysilicon) este un material semiconductor utilizat în mod obișnuit la fabricarea celulelor fotovoltaice și a componentelor electronice. Este compus din mai multe boabe (particule de cristal) care sunt interconectate la granițe, dar aranjamentul atomic din interiorul fiecărui granu este ordonat. Siliciul policristalin este utilizat pe scară largă în fabricarea celulelor solare fotovoltaice. În modulele fotovoltaice, celulele de siliciu policristalin sunt conectate în serie și paralel pentru a forma panouri solare. Aceste panouri solare sunt folosite pentru a transforma energia solară în energie electrică.
În plus, este utilizat și pentru fabricarea materialelor de poartă pentru anumite componente electronice, cum ar fi tranzistoarele și circuitele integrate.
Caracteristicile siliciului policristalin:
Structura policristalina:Siliciul policristalin este compus din mai multe granule, cu atomi aranjați ordonat în cadrul fiecărui granu, dar atomi aranjați aleatoriu la granițele dintre granule. Aceste boabe au dimensiuni și orientări diferite.
Cost relativ mic:Procesul de producție a siliciului policristalin este relativ simplu și rentabil, făcându-l potrivit pentru producția la scară largă. Acest lucru conferă celulelor fotovoltaice din siliciu policristalin un avantaj de preț pe piață.
Eficiență scăzută:Datorită prezenței granițelor, eficiența de conversie fotoelectrică a celulelor fotovoltaice de siliciu policristalin este de obicei mai mică decât cea a celulelor fotovoltaice de siliciu monocristalin. Defectele de la granițele granulelor pot provoca recombinarea purtătorului, reducând astfel eficiența bateriei.
Procesul de producere a siliciului policristalin:
Purificarea materiei prime:Producția de siliciu policristalin începe de obicei cu siliciu de calitate metalurgică (MG Si), care trebuie mai întâi purificat pentru a îndepărta impuritățile din siliciu și pentru a produce materii prime de siliciu de înaltă puritate. Metoda folosită în mod obișnuit este procesul Siemens, care obține siliciu policristalin de înaltă puritate prin depunere chimică în vapori (CVD).
Proces de reducere:Siliciul de calitate metalurgică reacționează cu clorura de hidrogen pentru a produce triclorosilan (HSiCl₃), care este apoi purificat prin distilare. În cele din urmă, triclorosilanul este redus la temperatură ridicată pentru a produce siliciu policristalin de înaltă puritate.
Proces de reacție:Siliciul de calitate metalurgică reacționează cu acid clorhidric (HCl) pentru a produce triclorosilan (HSiCl₃) și alți subproduși. Si+3HCL→HSiCl3+H2
Lingou:Siliciul policristalin de înaltă puritate este topit și turnat în bucăți mari de lingouri de siliciu policristalin. După răcire, aceste lingouri sunt compuse din mai multe granule de siliciu cu orientări diferite.
Tăiere:Lingourile de siliciu policristalin sunt tăiate în felii subțiri cu ajutorul unui feliător, care se numesc napolitane și sunt folosite la fabricarea celulelor fotovoltaice.
Detectarea și clasificarea plachetelor de siliciu policristalin
Inspecție optică:Utilizați echipamente de inspecție optică pentru a inspecta calitatea suprafeței și structura cristalină a plachetelor de siliciu policristalin.
Testarea performanței electrice:Testarea proprietăților electrice ale plăcilor de siliciu policristalin, cum ar fi durata de viață a purtătorului minoritar, conductivitate etc.
Clasificarea calitatii:Pe baza rezultatelor testelor, plachetele de siliciu policristalin sunt clasificate în funcție de calitate și performanță pentru a se asigura că plăcile de siliciu de înaltă calitate sunt utilizate pentru fabricarea eficientă a celulelor fotovoltaice.
2 Ce este siliciul monocristalin
Siliciul monocristalin este un material de siliciu de înaltă puritate compus dintr-o singură structură cristalină. Aranjamentul atomic al siliciului monocristal este ordonat, structura cristalină este completă și are proprietăți electrice și rezistență mecanică excelente. Celulele fotovoltaice din siliciu monocristalin sunt în prezent una dintre cele mai eficiente celule fotovoltaice de pe piață, cu eficiență ridicată de conversie fotoelectrică și potrivite pentru diverse sisteme de generare a energiei fotovoltaice. Poate fi folosit ca material principal pentru fabricarea dispozitivelor semiconductoare, cum ar fi circuite integrate (CI), microprocesoare, memorii, senzori etc. În plus, plachete de siliciu monocristalin de înaltă puritate (plachete) sunt tăiate, dopate, gravate și ambalate pentru a produce diverse componente electronice și cipuri. Siliciul monocristalin este, de asemenea, utilizat pentru fabricarea de lentile optice, ferestre cu infraroșu, dispozitive laser și multe altele.
Proces de productie:
1. Pregătirea materiei prime:Materia primă pentru siliciul monocristalin este siliciul de înaltă puritate, de obicei folosind siliciu de calitate metalurgică purificat.
2. Metoda de producție:
Metoda Czochralski (metoda CZ):
Pas:Topiți siliciul de înaltă puritate într-un creuzet, introduceți un cristal de sămânță de siliciu cu un singur cristal cu orientarea dorită a cristalului, apoi rotiți încet și trageți cristalul de sămânță pentru a permite topiturii de siliciu să cristalizeze pe cristalul sămânță, formând treptat o tijă de siliciu cu un singur cristal.
Caracteristici:Metoda CZ poate produce tije de siliciu monocristalin de diametru mare și de puritate ridicată, dar este predispusă la introducerea de oxigen și alte impurități.
Zona plutitoare (FZ):
Pas:Utilizați încălzirea prin inducție de înaltă frecvență pentru a topi o zonă locală a tijei de siliciu fără creuzet și apoi mutați zona de topire pe tija de siliciu prin mișcarea bobinei de inducție, transformând treptat siliciul policristalin în siliciu monocristalin.
Caracteristici:Siliciul monocristal produs prin metoda FZ are o puritate mai mare și un conținut mai scăzut de impurități, ceea ce îl face potrivit pentru fabricarea dispozitivelor semiconductoare de înaltă performanță.
3. Tăiere și prelucrare
Tăiere:Folosind un ferăstrău cu sârmă de diamant pentru a tăia o tijă de silicon cu un singur cristal în felii subțiri, cunoscute sub numele de napolitane.
Slefuire si lustruire:Slefuirea si lustruirea plachetei de siliciu taiate pentru a indeparta defectele de suprafata si pentru a imbunatati planeitatea si curatenia acesteia.
3 Diferența dintre siliciul monocristalin și siliciul policristalin
Principalele diferențe dintre siliciul monocristalin și siliciul policristalin constă în structura, proprietățile și aplicațiile lor. Siliciul monocristalin este compus dintr-o singură structură cristalină, cu aranjament atomic ordonat și eficiență mare de conversie fotoelectrică (18% -24%). Are proprietăți electrice superioare și este potrivit pentru celule fotovoltaice de înaltă performanță și dispozitive semiconductoare, dar costul de producție este relativ mare. Siliciul policristalin este compus din mai multe granule cu limite de granule, rezultând o eficiență de conversie fotoelectrică scăzută (15% -20%) și proprietăți electrice slabe. Este utilizat în principal pentru aplicații fotovoltaice la scară largă, cu costuri de producție reduse. Siliciul monocristalin are un aspect uniform și o estetică bună, în timp ce siliciul policristalin are un aspect neuniform.