Forrás: pv-manufacturing.org
A monokristályos szilícium (mono-Si vagy c-Si) szilícium, amely folyamatos szilárd egykristályból áll. A fotovoltaikus (PV) alkalmazásokhoz termesztett szilíciumot hengeres formában növesztik, jellemző átmérője 8 hüvelyk (~ 200 mm). Ezután a henger felületét pszeudo-négyzet alakúvá alakítják. Ezek az öntvények lehetnek belső,ptípusú adalékolt vagyntípusú adalékolt szilícium.P-típusú doppingolás jellemzően a bór használatával érhető elntípusú dopingot foszfor alkalmazásával érik el. A mono-Si-ből gyártott napelemek hozzávetőlegesen 35% -át (30% -át)p-típus és 5%ntípusú összes szilícium ostya alapú napelem. A mono-Si használt napelemek gyártásának tipikus vastagsága a 160–190μm tartományban van. 2019-ben a legnagyobb mono-Si szilícium ostya gyártója a Xi'an Longi Silicon Materials Corporation volt.
A Cz-módszer - amelyet Jan Czochralski nevéről neveztek el - a mono-Si előállításának leggyakoribb módszere. Ennek a módszernek viszonylag alacsony a hőállósága, rövid a feldolgozási ideje és viszonylag alacsony költségei vannak. A Cz-eljárással termesztett szilíciumra szintén jellemző a viszonylag magas oxigénkoncentráció, amely elősegítheti a szennyeződések belső megtisztítását. A kristályátmérő ipari szabványa 75–210 mm,&<100> kristálytani orientáció. Nagy tisztaságú poliszilícium (szolár minőségű szilícium) anyag további adalékokkal, leggyakrabban bór (aptípusú dopping) vagy foszfor (an-típusú doppingolás) használják a folyamat alapanyagaként. Egykristályos szilícium magot helyezünk a felületre, forgatjuk és fokozatosan felfelé húzzuk. Ez kihozza az olvadt szilíciumot az olvadékból, hogy az a magból folyamatos egykristályká szilárdulhasson. A hőmérsékletet és a húzási sebességet gondosan állítják be, hogy kiküszöböljék a kristályban a diszlokációt, amelyet a mag / olvadék érintkezési sokk okozhat. A sebesség szabályozása befolyásolhatja a kristály átmérőjét is. A tipikus oxigén- és szén-koncentráció [O] ‑5-10 × 1017cm-3és [C] 5-10 × 1015cm-3ill. Az oxigén szilíciumban való oldhatóságának változékonysága miatt (10% - tól)18cm-3a szilícium olvadáspontján szobahőmérsékleten több nagyságrenddel alacsonyabb) oxigén kicsapódhat. A nem kicsapódó oxigén elektromosan aktív hibáivá válhat, és az oxigén termikus donorai tovább befolyásolhatják az anyag ellenállását. Alternatív megoldásként a kicsapott oxigén megkönnyítheti a szennyeződések belső megkötését. Az oxigén intersticiális formája [Oi] bóradagolássalptípusú szilícium súlyosan befolyásolhatja a szilícium teljesítményét. Megvilágítás vagy áraminjekció alatt az intersticiális oxigén abór-oxigén hiba a háttér adalékanyaggal, a bór. Ez ismert, hogy a befejezett napelem hatékonyságát akár relatív 10% -kal is csökkentheti.
A standard Cz-eljárás másik hátránya, hogy az adalékanyag-eloszlás nem egyenletes az ingot mentén, mert a bór (0,8) és a foszfor (0,3) szegregációs együtthatója nem egység. Ez viszonylag alacsony adalék-koncentrációt, ennélfogva nagyobb ellenállást eredményez a Cz-húzási folyamat kezdetén, és magasabb adalék-koncentrációt, így alacsonyabb ellenállást eredményez a húzási folyamat vége felé. A foszfor viszonylag alacsony szegregációs folyamata miatt ez elsősorban antípusú mono-Si, amelynek széles ellenállási tartománya vanntípusú tuskók.
A Cz folyamatot, valamint az azt követő tuskó- és ostyavágási folyamatot az alábbi animáció mutatja.
A Cz folyamat másik változata a folyamatos Cz folyamat. A folyamatos Cz-folyamat során az ömledékhúzás során új anyagot adnak az olvadékhoz. Ez lehetővé teszi a lényegesen sekélyebb tégelyek használatát, csökkentve a tégely falakkal való kölcsönhatást, és lehetővé teszi az olvadékban lévő adalék-koncentráció szabályozását is, és ennek következtében az ingot-koncentráció állandó lehet. Ez az ellenállás szempontjából sokkal egységesebb bugákhoz vezethet, amelyek hosszabbak is, mivel már nem korlátozódik a kiindulási olvadék térfogatára. A folytonos Cz módszer hátránya azonban, hogy az olvadékban alacsony szegregációs együtthatóval rendelkező szennyeződések épülhetnek fel, amelyek a húzó folyamat második részében magas koncentrációkat eredményeznek.
CZ (Czochralski) monokristályos szilícium napelemes ostya
