Fonte: pv-manufacturing.org
O silício monocristalino (mono-Si ou c-Si) é o silício que consiste em um único cristal sólido contínuo. O silício cultivado para aplicações fotovoltaicas (PV) é cultivado em uma forma cilíndrica com um diâmetro típico de 8 polegadas (~ 200 mm). A superfície do cilindro é então aparada para fazer uma forma pseudo-quadrada. Esses lingotes podem ser preparados como intrínsecos,p-tipo dopado oun-tipo de silício dopado.P-tipo de dopagem é normalmente obtido usando boro enquanton-tipo dopagem é obtida usando fósforo. Células solares fabricadas de mono-Si compreendem cerca de 35% (30%p-tipo e 5%n-tipo) de todas as células solares à base de pastilhas de silício. A espessura típica da produção de células solares fotovoltaicas mono-Si está na faixa de 160-190μm. Em 2019, o maior fabricante de wafer de silício mono-Si era a Xi'an Longi Silicon Materials Corporation.
O método Cz - nomeado após Jan Czochralski - é o método mais comum de produção de mono-Si. Este método tem uma resistência ao estresse térmico relativamente baixa, tempo de processamento curto e custo relativamente baixo. O silício cultivado por meio do processo Cz também é caracterizado por uma concentração de oxigênio relativamente alta que pode ajudar na obtenção interna de impurezas. O padrão da indústria para o diâmetro do cristal é de 75-210 mm com um< 100=""> orientação cristalográfica. Material de polissilício (silício de grau solar) de alta pureza com dopantes adicionais, mais comumente boro (parap-tipo dopagem) ou fósforo (paran-tipo dopagem) é usado como matéria-prima para o processo. Uma única semente de silício de cristal é colocada na superfície, girada e gradualmente puxada para cima. Isso retira o silício derretido da fusão para que possa se solidificar em um único cristal contínuo a partir da semente. A temperatura e a velocidade de extração são ajustadas cuidadosamente para eliminar o deslocamento no cristal, que pode ser gerado pelo choque de contato semente / fusão. O controle da velocidade também pode afetar o diâmetro do cristal. As concentrações típicas de oxigênio e carbono são [O] ≈5‑10 × 1017cm-3e [C] ≈5‑10 × 1015cm-3, respectivamente. Devido à variabilidade da solubilidade do oxigênio no silício (de 1018cm-3no ponto de fusão do silício para várias ordens de magnitude inferior à temperatura ambiente), o oxigênio pode precipitar. O oxigênio que não é precipitado pode se tornar defeitos eletricamente ativos e, além disso, os doadores térmicos do oxigênio podem afetar a resistividade do material. Alternativamente, o oxigênio precipitado pode facilitar a obtenção interna de impurezas. A forma intersticial de oxigênio [Oi] em dopado com boropO silício do tipo pode afetar gravemente o desempenho do silício. Sob iluminação ou injeção de corrente, o oxigênio intersticial forma umdefeito de boro-oxigênio com o dopante de fundo, boro. Isso é conhecido por reduzir a eficiência de uma célula solar completa em até 10% em relação.
Outra desvantagem do processo Cz padrão é o fato de que a distribuição do dopante não é uniforme ao longo do lingote porque o coeficiente de segregação do boro (0,8) e do fósforo (0,3) não são unitários. Isso resulta em uma concentração de dopante relativamente baixa, portanto, maior resistividade, no início do processo de extração de Cz e uma concentração de dopante mais alta, portanto, menor resistividade, no final do processo de extração. Devido ao processo de segregação relativamente baixo de fósforo, este é um problema principalmente paran-tipo mono-Si, resultando em uma ampla faixa de resistividade paran-tipo lingotes.
O processo Cz e o subsequente processo de corte do lingote e wafer são mostrados na animação abaixo.
Outra variante do processo Cz é o processo Cz contínuo. No processo Cz contínuo, novo material é adicionado ao fundido durante a extração do lingote. Isso permite cadinhos significativamente mais rasos, reduzindo a interação com as paredes do cadinho, e também permite controlar a concentração de dopante no fundido e, consequentemente, a concentração de dopante no lingote pode ser constante. Isso pode levar a lingotes muito mais uniformes em termos de resistividade, que também são mais longos, pois você não está mais limitado ao volume inicial de fusão. Uma desvantagem do método Cz contínuo é, no entanto, que as impurezas com um baixo coeficiente de segregação podem ser acumuladas no fundido, resultando em altas concentrações na última parte do processo de extração.
CZ (Czochralski) Monocristalino Silicon Solar Wafer
