1 מהו סיליקון רב גבישי?
סיליקון פולי גבישי (Poly Si או Polysilicon) הוא חומר מוליכים למחצה הנפוץ בייצור תאים פוטו וולטאים ורכיבים אלקטרוניים. הוא מורכב ממספר גרגרים (חלקיקי גביש) המחוברים ביניהם בגבולות, אך הסידור האטומי בתוך כל גרגר מסודר. סיליקון פולי-גבישי נמצא בשימוש נרחב בייצור תאים פוטו-וולטאיים סולאריים. במודולים פוטו-וולטאיים, תאי סיליקון פולי-גבישיים מחוברים בסדרה ובמקביל ליצירת פאנלים סולאריים. פאנלים סולאריים אלו משמשים להמרת אנרגיה סולארית לאנרגיה חשמלית.
בנוסף, הוא משמש גם לייצור חומרי שער עבור רכיבים אלקטרוניים מסוימים כגון טרנזיסטורים ומעגלים משולבים.
מאפיינים של סיליקון רב גבישי:
מבנה רב גבישי:סיליקון פולי-גבישי מורכב ממספר גרגרים, כאשר אטומים מסודרים בצורה מסודרת בתוך כל גרגר, אך אטומים מסודרים באופן אקראי בגבולות בין גרגרים. לדגנים אלה יש גדלים וכיוונים שונים.
עלות נמוכה יחסית:תהליך הייצור של סיליקון פולי-גבישי הוא פשוט יחסית וחסכוני, מה שהופך אותו למתאים לייצור בקנה מידה גדול. זה נותן לתאים פוטו-וולטאיים סיליקון פוליבריסטליים יתרון מחיר בשוק.
יעילות נמוכה:בשל נוכחותם של גבולות גרגר, יעילות ההמרה הפוטואלקטרית של תאים פוטו-וולטאיים סיליקון רב-גבישי נמוכה בדרך כלל מזו של תאי סיליקון פוטו-וולטאיים חד-גבישיים. פגמים בגבולות התבואה עלולים לגרום לרקומבינציה של הספק, ובכך להפחית את יעילות הסוללה.
תהליך ייצור סיליקון פולי גבישי:
טיהור חומר גלם:ייצור הסיליקון הפולי-גבישי מתחיל בדרך כלל עם סיליקון מתכות (MG Si), אשר תחילה יש לטהר אותו כדי להסיר זיהומים מהסיליקון ולהפיק חומרי גלם סיליקון בטוהר גבוה. השיטה הנפוצה היא תהליך סימנס, אשר משיג סיליקון פולי-גבישי בטוהר גבוה באמצעות שקיעת אדים כימית (CVD).
תהליך הפחתת:סיליקון מתכות מגיב עם מימן כלורי כדי לייצר טריכלורוסילאן (HSiCl₃), אשר לאחר מכן מטוהר על ידי זיקוק. לבסוף, טריכלורוסילאן מופחת בטמפרטורה גבוהה כדי לייצר סיליקון פולי-גבישי בטוהר גבוה.
תהליך תגובה:סיליקון מתכות מגיב עם מימן כלורי (HCl) כדי לייצר טריכלורוסילאן (HSiCl₃) ותוצרי לוואי אחרים. Si+3HCL→HSiCl₃+H₂
מְטִיל:סיליקון פולי-גבישי בטוהר גבוה נמס ונוצק לגושים גדולים של מטילי סיליקון פולי-גבישיים. לאחר הקירור, המטילים הללו מורכבים ממספר רב של גרגרי סיליקון בעלי כיוונים שונים.
פִּלוּחַ:מטילי סיליקון פולי-גבישיים נחתכים לפרוסות דקות על ידי פורס, הנקראים ופלים ומשמשים לייצור תאים פוטו-וולטאיים.
איתור ודירוג של פרוסות סיליקון פוליקריסטליות
בדיקה אופטית:השתמש בציוד בדיקה אופטי כדי לבדוק את איכות פני השטח ומבנה הגבישי של פרוסות סיליקון פוליבריסטליות.
בדיקת ביצועים חשמליים:בדיקת המאפיינים החשמליים של פרוסות סיליקון פוליבריסטליות, כגון חיי מיעוט, מוליכות וכו'.
דירוג איכות:בהתבסס על תוצאות הבדיקה, פרוסות סיליקון פוליקריסטליות מדורגות לפי איכות וביצועים כדי להבטיח שימוש בפרוסות סיליקון באיכות גבוהה לייצור תאים פוטו-וולטאיים יעיל.
2 מהו סיליקון חד גבישי
סיליקון מונו-גבישי הוא חומר סיליקון בעל טוהר גבוה המורכב ממבנה גבישי יחיד. הסידור האטומי של סיליקון גביש יחיד מסודר, מבנה הגביש שלם, ויש לו תכונות חשמליות מצוינות וחוזק מכני. תאים פוטו-וולטאיים סיליקון מונו-גבישיים הם כיום אחד התאים הפוטו-וולטאיים היעילים בשוק, בעלי יעילות המרה פוטו-אלקטרית גבוהה ומתאימים למערכות ייצור חשמל פוטו-וולטאיות שונות. יכול לשמש כחומר עיקרי לייצור התקני מוליכים למחצה כגון מעגלים משולבים (ICs), מיקרו-מעבדים, זיכרונות, חיישנים וכו'. בנוסף, פרוסות סיליקון מונו-גבישיות (wafers) בעלות טוהר גבוה נחתכות, מסוממות, חרוטות ונארזות לייצור רכיבים אלקטרוניים ושבבים שונים. סיליקון מונו-גבישי משמש גם לייצור עדשות אופטיות, חלונות אינפרא אדום, מכשירי לייזר ועוד.
תהליך ייצור:
1. הכנת חומר גלם:חומר הגלם לסיליקון חד-גבישי הוא סיליקון בטוהר גבוה, בדרך כלל באמצעות סיליקון מטוהר בדרגת מתכות.
2. שיטת ייצור:
שיטת צ'וקרלסקי (שיטת CZ):
שָׁלָב:ממיסים סיליקון בטוהר גבוה בכור היתוך, הכנס גביש זרעי סיליקון גביש יחיד עם כיוון הגביש הרצוי, ולאחר מכן סובב לאט ומשוך את גביש הזרע כדי לאפשר להמסת הסיליקון להתגבש על גביש הזרע, תוך יצירת מוט סיליקון קריסטל יחיד.
מאפיינים:שיטת CZ יכולה לייצר מוטות סיליקון חד-גבישיים בקוטר גדול ובטוהר גבוה, אך היא נוטה להחדיר חמצן וזיהומים אחרים.
אזור צף (FZ):
שָׁלָב:השתמשו בחימום אינדוקציה בתדר גבוה כדי להמיס אזור מקומי של מוט הסיליקון ללא כור היתוך, ולאחר מכן הזיזו את אזור ההיתוך על מוט הסיליקון על ידי הזזת סליל האינדוקציה, תוך הפיכת הסיליקון הפולי-גבישי לסיליקון חד-גבישי.
תכונות:לסיליקון גביש יחיד המיוצר בשיטת FZ יש טוהר גבוה יותר ותכולת זיהומים נמוכה יותר, מה שהופך אותו למתאים לייצור התקני מוליכים למחצה בעלי ביצועים גבוהים.
3. חיתוך ועיבוד
גְזִירָה:שימוש במסור תיל יהלום כדי לחתוך מוט סיליקון קריסטל יחיד לפרוסות דקות, הידועות כ-wafers.
השחזה והברקה:טחינה והברקה של פרוסת הסיליקון החתוכה להסרת פגמי פני השטח ולשיפור השטיחות והניקיון שלה.
3 ההבדל בין סיליקון חד גבישי לסיליקון רב גבישי
ההבדלים העיקריים בין סיליקון חד-גבישי לסיליקון רב-גבישי נעוצים במבנה, במאפיינים וביישומים שלהם. סיליקון מונו-גבישי מורכב ממבנה גבישי יחיד, עם סידור אטומי מסודר ויעילות המרה פוטו-אלקטרית גבוהה (18% -24%). יש לו תכונות חשמליות מעולות והוא מתאים לתאים פוטו-וולטאיים בעלי ביצועים גבוהים ולהתקני מוליכים למחצה, אך עלות הייצור גבוהה יחסית. סיליקון פולי-גבישי מורכב ממספר גרגרים עם גבולות גרגרים, וכתוצאה מכך יעילות המרה פוטו-אלקטרית נמוכה (15% -20%) ותכונות חשמליות גרועות. הוא משמש בעיקר ליישומים פוטו-וולטאיים בקנה מידה גדול עם עלויות ייצור נמוכות. לסיליקון חד-גבישי מראה אחיד ואסתטיקה טובה, בעוד שסיליקון רב-גבישי בעל מראה לא אחיד.