Solar CZ(Czochralski) Producción monocristalina de lingo silicio y oblea

- Sep 16, 2020-

Fuente: pv-manufacturing.org



El silicio monocristalino (mono-Si o c-Si) es de silicio que consiste en un cristal único sólido continuo. El silicio cultivado para aplicaciones fotovoltaicas (PV) se cultiva en forma cilíndrica con un diámetro típico de 8 pulgadas (200 mm). La superficie del cilindro se recorta para hacer una forma pseudo-cuadrada. Estos lingotes se pueden preparar como intrínsecos,P-tipo dopado oN-tipo de silicio dopado.P-el dopaje tipo se logra típicamente usando boro mientras queN-el dopaje de tipo se logra utilizando fósforo. Las células solares fabricadas a partir de mono-Si comprenden un 35 % estimado (30 %P-tipo y 5 %N-tipo) de todas las células solares basadas en obleas de silicio. El espesor típico de la producción de células solares fotovoltaicas mono-Si usadas se encuentra en el rango de 160-190 m. En 2019, el mayor fabricante de obleas de silicio mono-Si fue Xi'an Longi Silicon Materials Corporation.

CZ process for making monocrystalline ingot

El método Cz, llamado así por Jan Czochralski, es el método más común de producción mono-Si. Este método tiene una resistencia a la tensión térmica relativamente baja, un tiempo de procesamiento corto y un costo relativamente bajo. El silicio cultivado a través del proceso Cz también se caracteriza por una concentración relativamente alta de oxígeno que puede ayudar a la captación interna de impurezas. El estándar de la industria del diámetro del cristal es de 75-210 mm con un<100>orientación cristalográfica. Material de polisilicio de alta pureza (silicio de grado solar) con dopantes adicionales, más comúnmente de boro (paraP-tipo de dopaje) o fósforo (paraN-type doping) se utiliza como materia prima para el proceso. Una sola semilla de silicio de cristal se coloca en la superficie, girada y dibuja gradualmente hacia arriba. Esto extrae el silicio fundido de la fusión para que pueda solidificarse en un solo cristal continuo de la semilla. La temperatura y la velocidad de tracción se ajustan cuidadosamente para eliminar la luxación en el cristal, que puede ser generada por el choque de contacto de semilla /fusión. El control de la velocidad también puede afectar el diámetro del cristal. Las concentraciones típicas de oxígeno y carbono son [O] a 5-10 x 1017Cm-3y [C] a 5-10 x 1015Cm-3Respectivamente. Debido a la variabilidad de la solubilidad del oxígeno en silicio (a partir de 1018Cm-3en el punto de fusión de silicio a varios órdenes de magnitud más baja a temperatura ambiente), el oxígeno puede precipitarse. El oxígeno que no se precipita puede convertirse en defectos eléctricamente activos, y además, los donantes térmicos del oxígeno pueden afectar la resistividad del material. Alternativamente, el oxígeno precipitado puede facilitar una captación interna de impurezas. La forma intersticial de oxígeno [OYo] en boro dopadoP-el silicio tipo puede afectar gravemente el rendimiento del silicio. Bajo iluminación o inyección actual, el oxígeno intersticialdefecto de boro-oxígeno con el dopant de fondo, boro. Esto se sabe para reducir la eficiencia de una célula solar completa en hasta un 10 % relativo.


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Figura 1: Fotografía de un largo lingote Cz tomado en la Exposición SNEC en 2018.


Otra desventaja del proceso estándar de Cz es el hecho de que la distribución dopant no es uniforme a lo largo del lingote porque el coeficiente de segregación de boro (0,8) y fósforo (0,3) no son unidad. Esto resulta en una concentración dopant relativamente baja, por lo tanto mayor resistividad, al comienzo del proceso de tracción de Cz y una mayor concentración dopant, por lo tanto menor resistividad, hacia el final del proceso de tracción. Debido al proceso de segregación relativamente bajo del fósforo, este es principalmente un problema paraN-tipo mono-Si dando como resultado un amplio rango de resistividad paraN-tipo lingotes.

El proceso de Cz y el posterior proceso de corte de lingotes y obleas se muestran en la animación a continuación.


Otra variante del proceso de Cz es el proceso continuo de Cz. En el proceso continuo de Cz, se añade nuevo material a la fusión durante el lingote. Esto permite crisoles significativamente más superficiales, reduciendo la interacción con las paredes del crisol, y también le permite controlar la concentración de dopant en la fusión y, en consecuencia, la concentración de dopant en el lingote puede ser constante. Esto puede conducir a lingotes mucho más uniformes en términos de resistividad que también son más largos, ya que ya no se limitan al volumen de fusión inicial. Una desventaja del método continuo de Cz es, sin embargo, que las impurezas con un bajo coeficiente de segregación se pueden construir en la fusión, lo que resulta en altas concentraciones en la última parte del proceso de tracción.


CZ(Czochralski) Oblea Solar de silicio monocristalino


CZ monocristalinoOblea solar M12/G12


CZ monocristalinoOblea solar M6


CZ monocristalinoOblea solar M4


CZ monocristalinoG1/158.75mm oblea solar


CZ monocristalinoM2/156.75mm oblea solar