1 Čo je to polykryštalický kremík?
Polykryštalický kremík (Poly Si alebo Polysilicon) je polovodičový materiál bežne používaný pri výrobe fotovoltaických článkov a elektronických komponentov. Skladá sa z viacerých zŕn (častíc kryštálov), ktoré sú na hraniciach vzájomne prepojené, ale usporiadanie atómov vo vnútri každého zrna je usporiadané. Polykryštalický kremík je široko používaný pri výrobe solárnych fotovoltaických článkov. Vo fotovoltaických moduloch sú polykryštalické kremíkové články zapojené do série a paralelne, aby vytvorili solárne panely. Tieto solárne panely sa používajú na premenu slnečnej energie na elektrickú energiu.
Okrem toho sa používa aj na výrobu materiálov hradla pre určité elektronické komponenty, ako sú tranzistory a integrované obvody.
Vlastnosti polykryštalického kremíka:
Polykryštalická štruktúra:Polykryštalický kremík sa skladá z viacerých zŕn, pričom atómy sú usporiadané v každom zrnku, ale na hraniciach medzi zrnami sú atómy usporiadané náhodne. Tieto zrná majú rôznu veľkosť a orientáciu.
Relatívne nízke náklady:Výrobný proces polykryštalického kremíka je relatívne jednoduchý a nákladovo efektívny, vďaka čomu je vhodný pre veľkosériovú výrobu. To dáva polykryštalickým kremíkovým fotovoltaickým článkom cenovú výhodu na trhu.
Nízka účinnosť:V dôsledku prítomnosti hraníc zŕn je účinnosť fotoelektrickej konverzie polykryštalických kremíkových fotovoltaických článkov zvyčajne nižšia ako u monokryštalických kremíkových fotovoltaických článkov. Defekty na hraniciach zŕn môžu spôsobiť rekombináciu nosiča, čím sa zníži účinnosť batérie.
Proces výroby polykryštalického kremíka:
Čistenie surovín:Výroba polykryštalického kremíka zvyčajne začína kremíkom metalurgickej kvality (MG Si), ktorý je najprv potrebné vyčistiť, aby sa z kremíka odstránili nečistoty a vyrobili sa kremíkové suroviny s vysokou čistotou. Bežne používanou metódou je Siemens proces, ktorý získava vysoko čistý polykryštalický kremík pomocou chemickej depozície z pár (CVD).
Proces redukcie:Kremík metalurgickej kvality reaguje s chlorovodíkom za vzniku trichlórsilánu (HSiCl3), ktorý sa potom čistí destiláciou. Nakoniec sa trichlórsilán redukuje pri vysokej teplote za vzniku vysoko čistého polykryštalického kremíka.
Postup reakcie:Kremík metalurgickej kvality reaguje s chlorovodíkom (HCl) za vzniku trichlórsilánu (HSiCl3) a iných vedľajších produktov. Si+3HCL→HSiCl3+H2
Ingot:Polykryštalický kremík vysokej čistoty sa taví a odlieva do veľkých kusov ingotov polykryštalického kremíka. Po ochladení sú tieto ingoty zložené z viacerých kremíkových zŕn s rôznou orientáciou.
Krájanie:Ingoty z polykryštalického kremíka sa krájačkou narežú na tenké plátky, ktoré sa nazývajú doštičky a používajú sa na výrobu fotovoltaických článkov.
Detekcia a klasifikácia polykryštalických kremíkových doštičiek
Optická kontrola:Na kontrolu kvality povrchu a kryštálovej štruktúry doštičiek z polykryštalického kremíka použite zariadenie na optickú kontrolu.
Testovanie elektrického výkonu:Testovanie elektrických vlastností polykryštalických kremíkových doštičiek, ako je životnosť minoritných nosičov, vodivosť atď.
Klasifikácia kvality:Na základe výsledkov testov sú polykryštalické kremíkové doštičky klasifikované podľa kvality a výkonu, aby sa zabezpečilo, že vysokokvalitné kremíkové doštičky sa používajú na efektívnu výrobu fotovoltaických článkov.
2 Čo je to monokryštalický kremík
Monokryštalický kremík je vysoko čistý kremíkový materiál zložený z monokryštálovej štruktúry. Atómové usporiadanie monokryštálového kremíka je usporiadané, kryštálová štruktúra je úplná a má vynikajúce elektrické vlastnosti a mechanickú pevnosť. Monokryštalické kremíkové fotovoltaické články sú v súčasnosti jedným z najefektívnejších fotovoltaických článkov na trhu s vysokou účinnosťou fotoelektrickej konverzie a sú vhodné pre rôzne systémy na výrobu fotovoltaickej energie. Môže byť použitý ako hlavný materiál na výrobu polovodičových zariadení, ako sú integrované obvody (IC), mikroprocesory, pamäte, senzory atď. Okrem toho sa vysoko čisté monokryštalické kremíkové doštičky (wafery) režú, dopujú, leptajú a balia na výrobu rôzne elektronické súčiastky a čipy. Monokryštalický kremík sa tiež používa na výrobu optických šošoviek, infračervených okien, laserových zariadení a ďalších.
Výrobný proces:
1. Príprava suroviny:Surovinou pre monokryštalický kremík je kremík vysokej čistoty, zvyčajne s použitím čisteného kremíka metalurgickej kvality.
2. Spôsob výroby:
Czochralského metóda (CZ metóda):
krok:Roztavte kremík vysokej čistoty v tégliku, vložte monokryštálový kremíkový zárodočný kryštál s požadovanou orientáciou kryštálu, potom pomaly otáčajte a ťahajte zárodočný kryštál, aby sa umožnilo kremíkovej tavenine kryštalizovať na zárodočnom kryštáli, čím sa postupne vytvorí jednokryštálová kremíková tyčinka.
Charakteristika:CZ metóda môže vyrábať monokryštalické kremíkové tyče s veľkým priemerom a vysokou čistotou, ale je náchylná na zavádzanie kyslíka a iných nečistôt.
Plávajúca zóna (FZ):
krok:Použite vysokofrekvenčný indukčný ohrev na roztavenie lokálnej oblasti kremíkovej tyče bez téglika a potom presuňte tavnú zónu na kremíkovej tyči pohybom indukčnej cievky, čím sa polykryštalický kremík postupne premení na monokryštalický kremík.
Vlastnosti:Monokryštálový kremík vyrobený metódou FZ má vyššiu čistotu a nižší obsah nečistôt, vďaka čomu je vhodný na výrobu vysokovýkonných polovodičových zariadení.
3. Rezanie a spracovanie
Rezanie:Pomocou diamantovej drôtovej píly nakrájajte monokryštálovú kremíkovú tyč na tenké plátky, známe ako doštičky.
Brúsenie a leštenie:Brúsenie a leštenie rezaného kremíkového plátku na odstránenie povrchových defektov a zlepšenie jeho rovinnosti a čistoty.
3 Rozdiel medzi monokryštalickým kremíkom a polykryštalickým kremíkom
Hlavné rozdiely medzi monokryštalickým kremíkom a polykryštalickým kremíkom spočívajú v ich štruktúre, vlastnostiach a aplikáciách. Monokryštalický kremík sa skladá z monokryštálovej štruktúry s usporiadaným usporiadaním atómov a vysokou účinnosťou fotoelektrickej konverzie (18 % -24 %). Má vynikajúce elektrické vlastnosti a je vhodný pre vysokovýkonné fotovoltaické články a polovodičové zariadenia, ale výrobné náklady sú relatívne vysoké. Polykryštalický kremík sa skladá z viacerých zŕn s hranicami zŕn, čo vedie k nízkej účinnosti fotoelektrickej konverzie (15 % -20 %) a zlým elektrickým vlastnostiam. Používa sa hlavne pre rozsiahle fotovoltaické aplikácie s nízkymi výrobnými nákladmi. Monokryštalický kremík má jednotný vzhľad a dobrú estetiku, zatiaľ čo polykryštalický kremík má nerovnomerný vzhľad.