1 Що таке полікристалічний кремній?
Полікристалічний кремній (Poly Si або Polysilicon) — це напівпровідниковий матеріал, який зазвичай використовується у виробництві фотоелектричних елементів та електронних компонентів. Він складається з кількох зерен (кристалічних частинок), які з’єднані між собою на кордонах, але розташування атомів усередині кожного зерна впорядковане. Полікристалічний кремній широко використовується у виробництві сонячних фотоелементів. У фотоелектричних модулях полікристалічні кремнієві елементи з’єднані послідовно та паралельно, щоб утворити сонячні панелі. Ці сонячні панелі використовуються для перетворення сонячної енергії в електричну.
Крім того, він також використовується для виготовлення затворних матеріалів для певних електронних компонентів, таких як транзистори та інтегральні схеми.
Характеристики полікристалічного кремнію:
Полікристалічна структура:Полікристалічний кремній складається з кількох зерен, з атомами, розташованими впорядкованим чином усередині кожного зерна, але атоми розташовані випадковим чином на кордонах між зернами. Ці зерна мають різний розмір і орієнтацію.
Відносно низька вартість:Процес виробництва полікристалічного кремнію є відносно простим і економічно ефективним, що робить його придатним для великомасштабного виробництва. Це дає полікристалічним кремнієвим фотоелементам цінову перевагу на ринку.
Низька ефективність:Через наявність меж зерен ефективність фотоелектричного перетворення полікристалічних кремнієвих фотоелектричних елементів зазвичай нижча, ніж у монокристалічних кремнієвих фотоелектричних елементів. Дефекти на межі зерен можуть спричинити рекомбінацію носіїв, тим самим знижуючи ефективність батареї.
Процес виробництва полікристалічного кремнію:
Очищення сировини:Виробництво полікристалічного кремнію зазвичай починається з кремнію металургійного класу (MG Si), який спочатку потрібно очистити, щоб видалити домішки з кремнію та отримати кремнієву сировину високої чистоти. Зазвичай використовуваним методом є процес Сіменса, який одержує полікристалічний кремній високої чистоти шляхом хімічного осадження з газової фази (CVD).
Процес скорочення:Металургійний кремній реагує з хлористим воднем, утворюючи трихлорсилан (HSiCl₃), який потім очищають дистиляцією. Нарешті, трихлорсилан відновлюється при високій температурі для отримання високочистого полікристалічного кремнію.
Процес реакції:Металургійний кремній реагує з хлористим воднем (HCl), утворюючи трихлорсилан (HSiCl₃) та інші побічні продукти. Si+3HCL→HSiCl3+H₂
злиток:Полікристалічний кремній високої чистоти розплавляють і відливають у великі шматки злитків полікристалічного кремнію. Після охолодження ці злитки складаються з кількох зерен кремнію з різною орієнтацією.
Нарізка:Злитки полікристалічного кремнію нарізаються слайсером на тонкі пластини, які називаються пластинами і використовуються для виробництва фотоелементів.
Виявлення та класифікація полікристалічних кремнієвих пластин
Оптичний огляд:Використовуйте оптичне обладнання для перевірки якості поверхні та кристалічної структури полікристалічних кремнієвих пластин.
Випробування електричних характеристик:Випробування електричних властивостей полікристалічних кремнієвих пластин, таких як час життя неосновних носіїв, провідність тощо.
Оцінка якості:На основі результатів випробувань полікристалічні кремнієві пластини класифікуються за якістю та продуктивністю, щоб забезпечити використання високоякісних кремнієвих пластин для ефективного виробництва фотоелектричних елементів.
2 Що таке монокристалічний кремній
Монокристалічний кремній — це кремнієвий матеріал високої чистоти, що складається з однокристалічної структури. Розташування атомів монокристалічного кремнію впорядковане, кристалічна структура повна, і він має чудові електричні властивості та механічну міцність. Монокристалічні кремнієві фотоелементи на даний момент є одними з найефективніших фотоелементів на ринку з високою ефективністю фотоелектричного перетворення та підходять для різних фотоелектричних систем виробництва електроенергії. Може використовуватися як основний матеріал для виробництва напівпровідникових пристроїв, таких як інтегральні схеми (ІС), мікропроцесори, пам’ять, датчики тощо. Крім того, високочисті монокристалічні кремнієві пластини (пластини) розрізають, легують, травлять і пакують для виробництва різні електронні компоненти та мікросхеми. Монокристалічний кремній також використовується для виготовлення оптичних лінз, інфрачервоних вікон, лазерних пристроїв тощо.
Процес виробництва:
1. Підготовка сировини:Сировиною для монокристалічного кремнію є кремній високої чистоти, зазвичай використовується очищений кремній металургійного класу.
2. Спосіб виробництва:
Метод Чохральського (метод CZ):
крок:Розплавте кремній високої чистоти в тиглі, вставте монокристалічний кремнієвий затравковий кристал із бажаною орієнтацією кристалів, потім повільно обертайте та потягніть затравковий кристал, щоб дозволити розплавленому кремнію кристалізуватися на затравковому кристалі, поступово утворюючи монокристалічний кремнієвий стрижень.
Характеристики:Метод CZ може виробляти монокристалічні кремнієві стрижні великого діаметру та високої чистоти, але він схильний до введення кисню та інших домішок.
Плаваюча зона (FZ):
крок:Використовуйте високочастотне індукційне нагрівання, щоб розплавити локальну ділянку кремнієвого стрижня без тигля, а потім перемістіть зону плавлення на кремнієвий стрижень, переміщаючи індукційну котушку, поступово перетворюючи полікристалічний кремній у монокристалічний.
особливості:Монокристалічний кремній, отриманий методом FZ, має вищу чистоту та менший вміст домішок, що робить його придатним для виготовлення високоефективних напівпровідникових приладів.
3. Розкрій і обробка
Різання:Використовуйте пилку з алмазним дротом, щоб розрізати монокристалічний кремнієвий стрижень на тонкі скибочки, відомі як пластини.
Шліфування та полірування:Шліфування та полірування вирізаної кремнієвої пластини для видалення поверхневих дефектів і покращення її площинності та чистоти.
3 Різниця між монокристалічним кремнієм і полікристалічним кремнієм
Основні відмінності між монокристалічним кремнієм і полікристалічним кремнієм полягають у їхній структурі, властивостях і застосуванні. Монокристалічний кремній складається з монокристалічної структури з упорядкованим розташуванням атомів і високою ефективністю фотоелектричного перетворення (18% -24%). Він має чудові електричні властивості та підходить для високопродуктивних фотоелектричних елементів і напівпровідникових пристроїв, але вартість виробництва є відносно високою. Полікристалічний кремній складається з кількох зерен із межами зерен, що призводить до низької ефективності фотоелектричного перетворення (15% -20%) і поганих електричних властивостей. Він в основному використовується для великомасштабних фотоелектричних установок з низькими виробничими витратами. Монокристалічний кремній має однорідний зовнішній вигляд і гарну естетичність, тоді як полікристалічний кремній має неоднорідний зовнішній вигляд.