1 Что такое поликристаллический кремний?
Поликристаллический кремний (Poly Si или поликремний) представляет собой полупроводниковый материал, обычно используемый в производстве фотоэлектрических элементов и электронных компонентов. Он состоит из множества зерен (кристаллических частиц), соединенных между собой на границах, но расположение атомов внутри каждого зерна упорядочено. Поликристаллический кремний широко используется в производстве солнечных фотоэлектрических элементов. В фотоэлектрических модулях поликристаллические кремниевые элементы соединяются последовательно и параллельно, образуя солнечные панели. Эти солнечные панели используются для преобразования солнечной энергии в электрическую.
Кроме того, он также используется для производства материалов затворов для некоторых электронных компонентов, таких как транзисторы и интегральные схемы.
Характеристики поликристаллического кремния:
Поликристаллическая структура:Поликристаллический кремний состоит из нескольких зерен, атомы которых упорядочены внутри каждого зерна, а на границах между зернами атомы расположены случайным образом. Эти зерна имеют разные размеры и ориентацию.
Сравнительно низкая стоимость:Процесс производства поликристаллического кремния относительно прост и экономически эффективен, что делает его пригодным для крупномасштабного производства. Это дает фотоэлектрическим элементам из поликристаллического кремния ценовое преимущество на рынке.
Низкая эффективность:Из-за наличия границ зерен эффективность фотоэлектрического преобразования фотоэлектрических элементов из поликристаллического кремния обычно ниже, чем у фотоэлектрических элементов из монокристаллического кремния. Дефекты на границах зерен могут вызвать рекомбинацию носителей, тем самым снижая эффективность батареи.
Процесс производства поликристаллического кремния:
Очистка сырья:Производство поликристаллического кремния обычно начинается с кремния металлургического качества (MG Si), который сначала необходимо очистить для удаления примесей из кремния и получения кремниевого сырья высокой чистоты. Обычно используемым методом является процесс Сименса, который позволяет получать поликристаллический кремний высокой чистоты методом химического осаждения из паровой фазы (CVD).
Процесс сокращения:Кремний металлургического качества реагирует с хлористым водородом с образованием трихлорсилана (HSiCl₃), который затем очищают перегонкой. Наконец, трихлорсилан восстанавливают при высокой температуре с получением поликристаллического кремния высокой чистоты.
Процесс реакции:Кремний металлургического качества реагирует с хлористым водородом (HCl) с образованием трихлорсилана (HSiCl₃) и других побочных продуктов. Si+3HCL→HSiCl₃+H₂
Слиток:Поликристаллический кремний высокой чистоты плавится и отливается в виде больших кусков поликристаллического кремния. После охлаждения эти слитки состоят из множества зерен кремния с разной ориентацией.
Нарезка:Слитки поликристаллического кремния нарезаются слайсером на тонкие пластинки, которые называются пластинами и используются для изготовления фотоэлектрических элементов.
Обнаружение и классификация пластин поликристаллического кремния
Оптический осмотр:Используйте оборудование для оптического контроля для проверки качества поверхности и кристаллической структуры пластин поликристаллического кремния.
Тестирование электрических характеристик:Проверка электрических свойств пластин поликристаллического кремния, таких как время жизни неосновных носителей, проводимость и т. д.
Оценка качества:На основании результатов испытаний пластины поликристаллического кремния классифицируются по качеству и характеристикам, чтобы гарантировать, что высококачественные кремниевые пластины используются для эффективного производства фотоэлектрических элементов.
2 Что такое монокристаллический кремний
Монокристаллический кремний представляет собой кремниевый материал высокой чистоты, состоящий из монокристаллической структуры. Атомное расположение монокристаллического кремния упорядочено, кристаллическая структура завершена, он обладает превосходными электрическими свойствами и механической прочностью. Фотоэлектрические элементы из монокристаллического кремния в настоящее время являются одними из наиболее эффективных фотоэлектрических элементов на рынке, имеют высокую эффективность фотоэлектрического преобразования и подходят для различных фотоэлектрических систем производства электроэнергии. Может использоваться в качестве основного материала для изготовления полупроводниковых устройств, таких как интегральные схемы (ИС), микропроцессоры, память, датчики и т. д. Кроме того, пластины (пластины) монокристаллического кремния высокой чистоты разрезаются, легируются, травятся и упаковываются для производства различные электронные компоненты и микросхемы. Монокристаллический кремний также используется для производства оптических линз, инфракрасных окон, лазерных устройств и т. д.
Производственный процесс:
1. Подготовка сырья:Сырьем для монокристаллического кремния является кремний высокой чистоты, обычно с использованием очищенного кремния металлургической чистоты.
2. Метод производства:
Метод Чохральского (метод ЧЗ):
Шаг:Расплавьте кремний высокой чистоты в тигле, вставьте затравочный кристалл монокристалла кремния с желаемой ориентацией кристалла, затем медленно поверните и потяните затравочный кристалл, чтобы расплав кремния кристаллизовался на затравочном кристалле, постепенно образуя монокристаллический кремниевый стержень.
Характеристики:Метод CZ позволяет производить стержни из монокристаллического кремния большого диаметра и высокой чистоты, но он склонен к попаданию кислорода и других примесей.
Плавающая зона (FZ):
Шаг:Используйте высокочастотный индукционный нагрев, чтобы расплавить локальную область кремниевого стержня без тигля, а затем переместите зону плавления на кремниевый стержень, перемещая индукционную катушку, постепенно превращая поликристаллический кремний в монокристаллический кремний.
Функции:Монокристаллический кремний, полученный методом ФЗ, имеет более высокую чистоту и меньшее содержание примесей, что делает его пригодным для производства высокопроизводительных полупроводниковых приборов.
3. Резка и обработка
Резка:Используя алмазную канатную пилу, можно разрезать монокристаллический кремниевый стержень на тонкие ломтики, известные как пластины.
Шлифовка и полировка:Шлифование и полировка разрезанной кремниевой пластины для устранения дефектов поверхности и повышения ее плоскостности и чистоты.
3 Разница между монокристаллическим кремнием и поликристаллическим кремнием
Основные различия между монокристаллическим кремнием и поликристаллическим кремнием заключаются в их структуре, свойствах и применении. Монокристаллический кремний имеет монокристаллическую структуру с упорядоченным расположением атомов и высокой эффективностью фотоэлектрического преобразования (18% -24%). Он имеет превосходные электрические свойства и подходит для высокопроизводительных фотоэлектрических элементов и полупроводниковых устройств, но себестоимость производства относительно высока. Поликристаллический кремний состоит из множества зерен с границами зерен, что приводит к низкой эффективности фотоэлектрического преобразования (15% -20%) и плохим электрическим свойствам. Он в основном используется для крупномасштабных фотоэлектрических приложений с низкими производственными затратами. Монокристаллический кремний имеет однородный внешний вид и хорошую эстетику, тогда как поликристаллический кремний имеет неровный внешний вид.