تفاوت بین سیلیکون پلی کریستالی و سیلیکون مونوکریستال در پانل های فتوولتائیک

1 سیلیکون پلی کریستالی چیست؟

سیلیکون پلی کریستالی (Poly Si یا Polysilicon) یک ماده نیمه هادی است که معمولاً در ساخت سلول های فتوولتائیک و قطعات الکترونیکی استفاده می شود. از چند دانه (ذرات کریستالی) تشکیل شده است که در مرزها به هم پیوسته اند، اما آرایش اتمی داخل هر دانه مرتب شده است. سیلیکون پلی کریستالی به طور گسترده ای در ساخت سلول های فتوولتائیک خورشیدی استفاده می شود. در ماژول های فتوولتائیک، سلول های سیلیکونی پلی کریستالی به صورت سری و موازی به هم متصل می شوند تا پنل های خورشیدی را تشکیل دهند. از این پنل های خورشیدی برای تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی استفاده می شود.

علاوه بر این، از آن برای تولید مواد گیت برای قطعات الکترونیکی خاص مانند ترانزیستورها و مدارهای مجتمع نیز استفاده می شود.

ویژگی های سیلیکون پلی کریستالی:

ساختار پلی کریستالی:سیلیکون پلی کریستالی از چندین دانه تشکیل شده است که اتم‌ها به‌صورت منظم در هر دانه چیده شده‌اند، اما اتم‌ها به‌طور تصادفی در مرزهای بین دانه‌ها مرتب شده‌اند. این دانه ها اندازه ها و جهت گیری های مختلفی دارند.

هزینه نسبتا کم:فرآیند تولید سیلیکون پلی کریستالی نسبتا ساده و مقرون به صرفه است که آن را برای تولید در مقیاس بزرگ مناسب می کند. این به سلول های فتوولتائیک سیلیکونی پلی کریستالی مزیت قیمتی در بازار می دهد.

راندمان پایین:به دلیل وجود مرزهای دانه، راندمان تبدیل فوتوالکتریک سلول های فتوولتائیک سیلیکونی پلی کریستالی معمولا کمتر از سلول های فتوولتائیک سیلیکونی تک کریستالی است. نقص در مرزهای دانه می تواند باعث ایجاد نوترکیب حامل شود و در نتیجه کارایی باتری را کاهش دهد.

فرآیند تولید سیلیکون پلی کریستالی:

تصفیه مواد اولیه:تولید سیلیکون پلی کریستالی معمولاً با سیلیکون گرید متالورژیکی (MG Si) شروع می شود که ابتدا باید خالص شود تا ناخالصی ها از سیلیکون حذف شود و مواد اولیه سیلیکون با خلوص بالا تولید شود. روش رایج مورد استفاده فرآیند زیمنس است که سیلیکون پلی کریستالی با خلوص بالا را از طریق رسوب شیمیایی بخار (CVD) به دست می آورد.

فرآیند کاهش:سیلیکون درجه متالورژی با کلرید هیدروژن واکنش می دهد و تری کلروسیلان (HSiCl3) تولید می کند که سپس با تقطیر خالص می شود. در نهایت، تری کلروسیلان در دمای بالا کاهش می یابد تا سیلیکون پلی کریستالی با خلوص بالا تولید شود.

فرآیند واکنش:سیلیکون گرید متالورژیکی با کلرید هیدروژن (HCl) واکنش می دهد تا تری کلروسیلان (HSiCl3) و سایر محصولات جانبی تولید کند. Si{1}}HCL→HSiCl3+H2

شمش:سیلیکون پلی کریستالی با خلوص بالا ذوب شده و به قطعات بزرگی از شمش های سیلیکون پلی کریستالی ریخته می شود. این شمش ها پس از سرد شدن از چند دانه سیلیکون با جهت گیری های مختلف تشکیل شده اند.

برش دادن:شمش های سیلیکونی پلی کریستالی توسط یک برش دهنده به برش های نازک بریده می شوند که به آنها ویفر می گویند و برای ساخت سلول های فتوولتائیک استفاده می شود.

تشخیص و درجه بندی ویفرهای سیلیکونی پلی کریستالی

بازرسی نوری:از تجهیزات بازرسی نوری برای بازرسی کیفیت سطح و ساختار کریستالی ویفرهای سیلیکونی پلی کریستالی استفاده کنید.

تست عملکرد الکتریکی:آزمایش خواص الکتریکی ویفرهای سیلیکونی پلی کریستالی، مانند طول عمر حامل، رسانایی و غیره.

درجه بندی کیفیت:بر اساس نتایج آزمایش، ویفرهای سیلیکونی پلی کریستالی بر اساس کیفیت و عملکرد درجه بندی می شوند تا اطمینان حاصل شود که ویفرهای سیلیکونی با کیفیت بالا برای تولید سلول های فتوولتائیک کارآمد استفاده می شوند.

2 سیلیکون تک کریستالی چیست؟

سیلیکون تک کریستالی یک ماده سیلیکونی با خلوص بالا است که از یک ساختار تک کریستالی تشکیل شده است. آرایش اتمی سیلیکون تک کریستالی منظم است، ساختار کریستالی کامل است و دارای خواص الکتریکی و استحکام مکانیکی عالی است. سلول‌های فتوولتائیک سیلیکونی تک کریستالی در حال حاضر یکی از کارآمدترین سلول‌های فتوولتائیک موجود در بازار هستند که با راندمان تبدیل فوتوالکتریک بالا و مناسب برای سیستم‌های مختلف تولید برق فتوولتائیک هستند. می تواند به عنوان ماده اصلی برای تولید دستگاه های نیمه هادی مانند مدارهای مجتمع (IC)، ریزپردازنده ها، حافظه ها، حسگرها و غیره استفاده شود. قطعات و تراشه های الکترونیکی مختلف. سیلیکون مونوکریستالی همچنین برای ساخت لنزهای نوری، پنجره های مادون قرمز، دستگاه های لیزری و غیره استفاده می شود.

فرآیند تولید:

1. آماده سازی مواد اولیه:ماده اولیه سیلیکون تک کریستالی سیلیکون با خلوص بالا است که معمولاً از سیلیکون خالص متالورژی استفاده می کند.

2. روش تولید:

روش Czochralski (روش CZ):

مرحله:سیلیکون با خلوص بالا را در یک بوته ذوب کنید، یک کریستال بذر سیلیکون تک کریستالی را با جهت کریستالی مورد نظر وارد کنید، سپس به آرامی کریستال دانه را بچرخانید و بکشید تا مذاب سیلیکون روی کریستال دانه متبلور شود و به تدریج یک میله سیلیکونی تک کریستالی را تشکیل دهید.

خصوصیات:روش CZ می تواند میله های سیلیکونی تک کریستالی با قطر بزرگ و خلوص بالا تولید کند، اما مستعد وارد کردن اکسیژن و سایر ناخالصی ها است.

منطقه شناور (FZ):

مرحله:از گرمایش القایی با فرکانس بالا برای ذوب یک ناحیه محلی از میله سیلیکونی بدون بوته استفاده کنید و سپس با حرکت دادن سیم پیچ القایی ناحیه ذوب را روی میله سیلیکونی حرکت دهید و به تدریج سیلیکون پلی کریستال را به سیلیکون تک کریستالی تبدیل کنید.

ویژگی ها:سیلیکون تک کریستال تولید شده به روش FZ دارای خلوص بالاتر و میزان ناخالصی کمتری است که آن را برای ساخت دستگاه های نیمه هادی با کارایی بالا مناسب می کند.

3. برش و پردازش

برش:با استفاده از اره سیم الماس برای برش یک میله سیلیکونی تک کریستالی به برش های نازک، معروف به ویفر.

سنگ زنی و پرداخت:ویفر سیلیکونی برش خورده را آسیاب و صیقل دهید تا عیوب سطحی از بین برود و صافی و تمیزی آن بهبود یابد.

3 تفاوت بین سیلیکون تک کریستالی و سیلیکون چند کریستالی

تفاوت اصلی بین سیلیکون تک کریستالی و سیلیکون پلی کریستالی در ساختار، خواص و کاربرد آنها نهفته است. سیلیکون تک کریستالی از یک ساختار تک بلوری، با آرایش اتمی مرتب و بازده تبدیل فوتوالکتریک بالا (18٪ -24%) تشکیل شده است. این دارای خواص الکتریکی برتر است و برای سلول های فتوولتائیک با کارایی بالا و دستگاه های نیمه هادی مناسب است، اما هزینه تولید نسبتاً بالا است. سیلیکون پلی کریستالی از چندین دانه با مرز دانه تشکیل شده است که منجر به راندمان تبدیل فوتوالکتریک پایین (15٪ -20%) و خواص الکتریکی ضعیف می شود. این عمدتا برای کاربردهای فتوولتائیک در مقیاس بزرگ با هزینه های تولید پایین استفاده می شود. سیلیکون مونوکریستال ظاهری یکنواخت و زیبایی شناسی خوبی دارد، در حالی که سیلیکون پلی کریستالی ظاهری ناهموار دارد.