Multi Kristal Silisyum Üretimi

Multi kristal silisyum (mc-Si), farklı yön ve şekle sahip çoklu kristal taneciklerine sahip silisyum malzemedir. Mc-Si genellikle eşanlamlı olarak polikristalli silisyum olarak da adlandırılır, ancak mc-Si genellikle 1 mm’den daha büyük bir “tanecik” veya “kristal” boyutuna sahip silisyum malzemeyi ifade eder. Mc-Si, kuvars bir potada yönlü katılaştırma ile üretilir. Mc-Si silisyum ile üretilen güneş hücreleri, yaklaşık% 60 pazar payı ile güneş pillerinin en yaygın türüdür [1].
Mc-Si malzemesi, Czochralski işlemi kullanılarak üretilen silisyum malzemeden daha ucuz olma avantajına sahiptir. Bununla birlikte, malzemede tane sınırları ve demir benzeri metalik safsızlıklar vb. kusurların varlığından dolayı, mc-Si güneş hücreleri tipik olarak monokristal silisyum muadillerine göre daha düşük bir dönüşüm verimliliğine sahiptir. Dahası, tane sınırları birden fazla şönt yolu oluşturarak güneş hücresi performansını da düşürebilir.

2018’de SNEC sergisinde çok kristalli bir silikon bloğun fotoğrafı. Kaynak: https://pv-manufacturing.org/silicon-production/multicrystalline-silicon-production/

Soğutma işlemi sırasında safsızlıklar (en yaygın olarak demir) potadan külçeye (ingot) yayılır ve yüksek konsantrasyonlu safsızlıklardan oluşan bir “kırmızı bölge” bölgesi oluşturur. Ayrıca, safsızlık dağılımının ve soğutma oranlarının muntazam olmaması, külçenin dış bölgesinden gelen plakalar (wafer) tipik olarak külçenin geri kalanına kıyasla daha düşük kaliteye sahiptir. Sonuç olarak, kenarlardan gelen plakalar(wafer) genellikle kullanılmaz ve her bir külçeden toplam plaka (wafer) verimini azaltır.

Yüksek safsızlık konsantrasyonuna ek olarak, mc-Si külçelerinin büyümesi sırasında tane sınırları, dislokasyonlar, inklüzyonlar ve oksitler gibi birçok kusur yaratılabilir. Bu sorunların üstesinden gelmek için, yüksek performanslı çok kristalli silisyum (HP-multi Si) geliştirilmiştir [2]. HP-multi Si işleminde tohumlar, nispeten küçük taneciklere sahip tek tip bir malzeme sağlamak için eriyik soğutma hızının dikkatli kontrolü ile kombinasyon halinde kullanılır. HP-multi Si, geleneksel mc-Si’ye kıyasla daha düşük bir dislokasyon yoğunluğuna sahiptir. Bunun nedeni, silisyum eriyiğinin ve katının kütle yoğunluğundaki farktan kaynaklanan stresi azaltan tane sınırlarıdır. Bu kontrollü soğutma, daha az yer değiştirme kümesiyle sonuçlanır. Tane sınırları veya demir kontaminasyonu gibi diğer kusurlara ek olarak, wafer malzemesindeki yer değiştirmelerden kaynaklanan rekombinasyon aktivitesini nötralize etmek özellikle zordur.

Çok kristalli silikon döküm yöntemi aşağıdaki animasyonda şematik olarak gösterilmiştir.

[1] – International Technology Roadmap for Photovoltaics (ITRPV) 10th Edition, 2019

[2] – Y. M. Yang, A. Yu, B. Hsu, W. C. Hsu, A. Yang, and C. W. Lan, “Development of high-performance multicrystalline silicon for photovoltaic industry,” Progress in Photovoltaics, Article vol. 23, no. 3, pp. 340-351, Mar 2015

[3] – L. Yalçin and R. Öztürk, “Performance comparison of c-Si, mc-Si and a-Si thin film PV by PVsyst simulation,” J. Optoelectron. Adv. Mater., vol. 15, no. 3–4, pp. 326–334, 2013.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir