1 Was ist polykristallines Silizium?
Polykristallines Silizium (Poly Si oder Polysilizium) ist ein Halbleitermaterial, das häufig bei der Herstellung von Photovoltaikzellen und elektronischen Bauteilen verwendet wird. Es besteht aus mehreren Körnern (Kristallpartikeln), die an den Grenzen miteinander verbunden sind, aber die Atomanordnung innerhalb jedes Korns ist geordnet. Polykristallines Silizium wird häufig bei der Herstellung von Photovoltaik-Solarzellen verwendet. In Photovoltaikmodulen werden polykristalline Siliziumzellen in Reihe und parallel zu Solarmodulen geschaltet. Mit diesen Solarmodulen wird Sonnenenergie in elektrische Energie umgewandelt.
Darüber hinaus wird es auch zur Herstellung von Gate-Materialien für bestimmte elektronische Komponenten wie Transistoren und integrierte Schaltkreise verwendet.
Eigenschaften von polykristallinem Silizium:
Polykristalline Struktur:Polykristallines Silizium besteht aus mehreren Körnern, wobei die Atome innerhalb jedes Korns geordnet angeordnet sind, die Atome jedoch an den Grenzen zwischen den Körnern zufällig angeordnet sind. Diese Körner haben unterschiedliche Größen und Ausrichtungen.
Relativ niedrige Kosten:Der Herstellungsprozess von polykristallinem Silizium ist relativ einfach und kostengünstig und eignet sich daher für die Produktion in großem Maßstab. Dies verschafft polykristallinen Silizium-Photovoltaikzellen einen Preisvorteil auf dem Markt.
Geringe Effizienz:Aufgrund des Vorhandenseins von Korngrenzen ist der Wirkungsgrad der photoelektrischen Umwandlung von polykristallinen Silizium-Photovoltaikzellen normalerweise geringer als der von monokristallinen Silizium-Photovoltaikzellen. Defekte an den Korngrenzen können eine Ladungsträgerrekombination verursachen und dadurch die Batterieeffizienz verringern.
Herstellungsverfahren für polykristallines Silizium:
Rohstoffreinigung:Die Produktion von polykristallinem Silizium beginnt in der Regel mit Silizium metallurgischer Qualität (MG Si), das zunächst gereinigt werden muss, um Verunreinigungen aus dem Silizium zu entfernen und hochreine Siliziumrohstoffe herzustellen. Das am häufigsten verwendete Verfahren ist das Siemens-Verfahren, bei dem durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) hochreines polykristallines Silizium gewonnen wird.
Reduktionsprozess:Silizium in metallurgischer Qualität reagiert mit Chlorwasserstoff zu Trichlorsilan (HSiCl₃), das dann durch Destillation gereinigt wird. Abschließend wird Trichlorsilan bei hoher Temperatur reduziert, um hochreines polykristallines Silizium zu erzeugen.
Reaktionsprozess:Silizium in metallurgischer Qualität reagiert mit Chlorwasserstoff (HCl) unter Bildung von Trichlorsilan (HSiCl₃) und anderen Nebenprodukten. Si+3HCL→HSiCl₃+H₂
Barren:Hochreines polykristallines Silizium wird geschmolzen und in große Stücke polykristalliner Siliziumbarren gegossen. Nach dem Abkühlen bestehen diese Barren aus mehreren Siliziumkörnern mit unterschiedlicher Ausrichtung.
Schneiden:Polykristalline Siliziumbarren werden von einem Slicer in dünne Scheiben geschnitten, die Wafer genannt werden und zur Herstellung von Photovoltaikzellen verwendet werden.
Erkennung und Klassifizierung polykristalliner Siliziumwafer
Optische Inspektion:Verwenden Sie optische Inspektionsgeräte, um die Oberflächenqualität und Kristallstruktur von polykristallinen Siliziumwafern zu überprüfen.
Elektrische Leistungsprüfung:Testen der elektrischen Eigenschaften von polykristallinen Siliziumwafern, wie z. B. Lebensdauer der Minoritätsträger, Leitfähigkeit usw.
Qualitätsbewertung:Basierend auf den Testergebnissen werden polykristalline Siliziumwafer nach Qualität und Leistung eingestuft, um sicherzustellen, dass hochwertige Siliziumwafer für die effiziente Herstellung von Photovoltaikzellen verwendet werden.
2 Was ist monokristallines Silizium?
Monokristallines Silizium ist ein hochreines Siliziummaterial, das aus einer Einkristallstruktur besteht. Die atomare Anordnung von einkristallinem Silizium ist geordnet, die Kristallstruktur ist vollständig und es weist hervorragende elektrische Eigenschaften und mechanische Festigkeit auf. Monokristalline Silizium-Photovoltaikzellen gehören derzeit zu den effizientesten Photovoltaikzellen auf dem Markt, mit hoher photoelektrischer Umwandlungseffizienz und geeignet für verschiedene Photovoltaik-Stromerzeugungssysteme. Kann als Hauptmaterial für die Herstellung von Halbleiterbauelementen wie integrierten Schaltkreisen (ICs), Mikroprozessoren, Speichern, Sensoren usw. verwendet werden. Darüber hinaus werden zur Herstellung hochreine monokristalline Siliziumwafer (Wafer) geschnitten, dotiert, geätzt und verpackt verschiedene elektronische Komponenten und Chips. Monokristallines Silizium wird auch zur Herstellung optischer Linsen, Infrarotfenster, Lasergeräte und mehr verwendet.
Produktionsprozess:
1. Rohstoffvorbereitung:Der Rohstoff für monokristallines Silizium ist hochreines Silizium, in der Regel wird gereinigtes Silizium in metallurgischer Qualität verwendet.
2. Produktionsmethode:
Czochralski-Methode (CZ-Methode):
Schritt:Schmelzen Sie hochreines Silizium in einem Tiegel, setzen Sie einen Einkristall-Siliziumkeimkristall mit der gewünschten Kristallorientierung ein, drehen Sie ihn dann langsam und ziehen Sie den Impfkristall, damit die Siliziumschmelze auf dem Impfkristall kristallisieren kann und sich nach und nach ein Einkristall-Siliziumstab bildet.
Eigenschaften:Mit der CZ-Methode können monokristalline Siliziumstäbe mit großem Durchmesser und hoher Reinheit hergestellt werden, sie ist jedoch anfällig für die Einführung von Sauerstoff und anderen Verunreinigungen.
Floating-Zone (FZ):
Schritt:Verwenden Sie Hochfrequenz-Induktionserwärmung, um einen lokalen Bereich des Siliziumstabs ohne Tiegel zu schmelzen, und verschieben Sie dann die Schmelzzone auf dem Siliziumstab durch Bewegen der Induktionsspule, wodurch polykristallines Silizium schrittweise in monokristallines Silizium umgewandelt wird.
Merkmale:Mit der FZ-Methode hergestelltes einkristallines Silizium weist eine höhere Reinheit und einen geringeren Verunreinigungsgehalt auf und eignet sich daher für die Herstellung von Hochleistungshalbleiterbauelementen.
3. Schneiden und Bearbeiten
Schneiden:Mit einer Diamantdrahtsäge wird ein einkristalliner Siliziumstab in dünne Scheiben, sogenannte Wafer, geschnitten.
Schleifen und Polieren:Schleifen und Polieren des geschnittenen Siliziumwafers, um Oberflächenfehler zu entfernen und seine Ebenheit und Sauberkeit zu verbessern.
3 Der Unterschied zwischen monokristallinem Silizium und polykristallinem Silizium
Die Hauptunterschiede zwischen monokristallinem Silizium und polykristallinem Silizium liegen in ihrer Struktur, ihren Eigenschaften und ihren Anwendungen. Monokristallines Silizium besteht aus einer Einkristallstruktur mit geordneter Atomanordnung und hoher photoelektrischer Umwandlungseffizienz (18 % -24 %). Es verfügt über hervorragende elektrische Eigenschaften und eignet sich für Hochleistungs-Photovoltaikzellen und Halbleiterbauelemente, allerdings sind die Produktionskosten relativ hoch. Polykristallines Silizium besteht aus mehreren Körnern mit Korngrenzen, was zu einer geringen photoelektrischen Umwandlungseffizienz (15 % -20 %) und schlechten elektrischen Eigenschaften führt. Es wird hauptsächlich für großflächige Photovoltaikanwendungen mit geringen Produktionskosten eingesetzt. Monokristallines Silizium hat ein einheitliches Aussehen und eine gute Ästhetik, während polykristallines Silizium ein ungleichmäßiges Aussehen hat.