1 Silicon đa tinh thể là gì?
Silicon đa tinh thể (Poly Si hay Polysilicon) là vật liệu bán dẫn thường được sử dụng trong sản xuất tế bào quang điện và linh kiện điện tử. Nó bao gồm nhiều hạt (hạt tinh thể) liên kết với nhau ở các ranh giới, nhưng sự sắp xếp nguyên tử bên trong mỗi hạt là có trật tự. Silicon đa tinh thể được sử dụng rộng rãi trong sản xuất pin quang điện mặt trời. Trong các mô-đun quang điện, các tế bào silicon đa tinh thể được kết nối nối tiếp và song song để tạo thành các tấm pin mặt trời. Những tấm pin mặt trời này được sử dụng để chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng điện.
Ngoài ra, nó còn được sử dụng để sản xuất vật liệu cổng cho một số linh kiện điện tử nhất định như bóng bán dẫn và mạch tích hợp.
Đặc điểm của silicon đa tinh thể:
Cấu trúc đa tinh thể:Silicon đa tinh thể bao gồm nhiều hạt, với các nguyên tử được sắp xếp một cách có trật tự trong mỗi hạt, nhưng các nguyên tử được sắp xếp ngẫu nhiên ở ranh giới giữa các hạt. Những hạt này có kích thước và hướng khác nhau.
Chi phí tương đối thấp:Quy trình sản xuất silicon đa tinh thể tương đối đơn giản và tiết kiệm chi phí nên phù hợp cho sản xuất quy mô lớn. Điều này mang lại cho tế bào quang điện silicon đa tinh thể một lợi thế về giá trên thị trường.
Hiệu quả thấp:Do sự hiện diện của ranh giới hạt, hiệu suất chuyển đổi quang điện của tế bào quang điện silicon đa tinh thể thường thấp hơn so với tế bào quang điện silicon đơn tinh thể. Khiếm khuyết ở ranh giới hạt có thể gây ra sự tái hợp hạt mang, do đó làm giảm hiệu suất của pin.
Quy trình sản xuất silicon đa tinh thể:
Tinh chế nguyên liệu thô:Việc sản xuất silicon đa tinh thể thường bắt đầu bằng silicon cấp luyện kim (MG Si), trước tiên cần được tinh chế để loại bỏ tạp chất khỏi silicon và tạo ra nguyên liệu silicon có độ tinh khiết cao. Phương pháp thường được sử dụng là quy trình của Siemens, thu được silicon đa tinh thể có độ tinh khiết cao thông qua lắng đọng hơi hóa học (CVD).
Quá trình giảm:Silicon cấp luyện kim phản ứng với hydro clorua để tạo ra trichlorosilane (HSiCl₃), sau đó được tinh chế bằng cách chưng cất. Cuối cùng, trichlorosilane bị khử ở nhiệt độ cao để tạo ra silicon đa tinh thể có độ tinh khiết cao.
Quá trình phản ứng:Silicon cấp luyện kim phản ứng với hydro clorua (HCl) để tạo ra trichlorosilane (HSiCl₃) và các sản phẩm phụ khác. Si+3HCL→HSiCl₃+H₂
Thỏi:Silicon đa tinh thể có độ tinh khiết cao được nấu chảy và đúc thành khối lớn các thỏi silicon đa tinh thể. Sau khi làm mát, những thỏi này bao gồm nhiều hạt silicon có hướng khác nhau.
Cắt lát:Các thỏi silicon đa tinh thể được cắt thành các lát mỏng bằng máy thái lát, được gọi là tấm wafer và được sử dụng để sản xuất tế bào quang điện.
Phát hiện và phân loại tấm silicon đa tinh thể
Kiểm tra quang học:Sử dụng thiết bị kiểm tra quang học để kiểm tra chất lượng bề mặt và cấu trúc tinh thể của tấm silicon đa tinh thể.
Kiểm tra hiệu suất điện:Kiểm tra các đặc tính điện của tấm silicon đa tinh thể, chẳng hạn như tuổi thọ hạt tải điện thiểu số, độ dẫn điện, v.v.
Phân loại chất lượng:Dựa trên kết quả thử nghiệm, các tấm silicon đa tinh thể được phân loại theo chất lượng và hiệu suất để đảm bảo rằng các tấm silicon chất lượng cao được sử dụng để sản xuất tế bào quang điện hiệu quả.
2 Silicon đơn tinh thể là gì
Silicon đơn tinh thể là vật liệu silicon có độ tinh khiết cao bao gồm cấu trúc tinh thể đơn. Sự sắp xếp nguyên tử của silicon đơn tinh thể có trật tự, cấu trúc tinh thể hoàn chỉnh và nó có tính chất điện và độ bền cơ học tuyệt vời. Tế bào quang điện silicon đơn tinh thể hiện là một trong những tế bào quang điện hiệu quả nhất trên thị trường, với hiệu suất chuyển đổi quang điện cao và phù hợp với các hệ thống phát điện quang điện khác nhau. Có thể dùng làm nguyên liệu chính để sản xuất các thiết bị bán dẫn như mạch tích hợp (IC), bộ vi xử lý, bộ nhớ, cảm biến, v.v. Ngoài ra, các tấm silicon đơn tinh thể (tấm wafer) có độ tinh khiết cao được cắt, pha tạp, khắc và đóng gói để sản xuất các linh kiện điện tử và chip khác nhau. Silicon đơn tinh thể cũng được sử dụng để sản xuất thấu kính quang học, cửa sổ hồng ngoại, thiết bị laser, v.v.
Quy trình sản xuất:
1. Chuẩn bị nguyên liệu:Nguyên liệu thô cho silicon đơn tinh thể là silicon có độ tinh khiết cao, thường sử dụng silicon loại luyện kim tinh khiết.
2. Phương pháp sản xuất:
Phương pháp Czochralski (phương pháp CZ):
Bước chân:Làm tan chảy silicon có độ tinh khiết cao trong nồi nấu kim loại, chèn một tinh thể hạt silicon đơn tinh thể với hướng tinh thể mong muốn, sau đó từ từ xoay và kéo tinh thể hạt để cho phép silicon tan chảy kết tinh trên tinh thể hạt, dần dần tạo thành một thanh silicon đơn tinh thể.
Đặc trưng:Phương pháp CZ có thể tạo ra các thanh silicon đơn tinh thể có đường kính lớn và độ tinh khiết cao, nhưng nó dễ tạo ra oxy và các tạp chất khác.
Vùng nổi (FZ):
Bước chân:Sử dụng hệ thống sưởi cảm ứng tần số cao để làm tan chảy một khu vực cục bộ của thanh silicon mà không có nồi nấu kim loại, sau đó di chuyển vùng nóng chảy trên thanh silicon bằng cách di chuyển cuộn dây cảm ứng, biến đổi dần silicon đa tinh thể thành silicon đơn tinh thể.
Đặc trưng:Silicon đơn tinh thể được sản xuất bằng phương pháp FZ có độ tinh khiết cao hơn và hàm lượng tạp chất thấp hơn nên phù hợp để sản xuất các thiết bị bán dẫn hiệu suất cao.
3. Cắt và gia công
Cắt:Sử dụng cưa dây kim cương để cắt một thanh silicon đơn tinh thể thành những lát mỏng, được gọi là tấm wafer.
Mài và đánh bóng:Nghiền và đánh bóng tấm wafer silicon đã cắt để loại bỏ các khuyết tật bề mặt và cải thiện độ phẳng và độ sạch của nó.
3 Sự khác biệt giữa silicon đơn tinh thể và silicon đa tinh thể
Sự khác biệt chính giữa silicon đơn tinh thể và silicon đa tinh thể nằm ở cấu trúc, tính chất và ứng dụng của chúng. Silic đơn tinh thể bao gồm một cấu trúc tinh thể đơn, với sự sắp xếp nguyên tử có trật tự và hiệu suất chuyển đổi quang điện cao (18% -24%). Nó có đặc tính điện vượt trội và phù hợp với các tế bào quang điện và thiết bị bán dẫn hiệu suất cao, nhưng chi phí sản xuất tương đối cao. Silicon đa tinh thể bao gồm nhiều hạt có ranh giới hạt, dẫn đến hiệu suất chuyển đổi quang điện thấp (15% -20%) và tính chất điện kém. Nó chủ yếu được sử dụng cho các ứng dụng quang điện quy mô lớn với chi phí sản xuất thấp. Silicon đơn tinh thể có bề ngoài đồng đều và tính thẩm mỹ tốt, trong khi silicon đa tinh thể có bề ngoài không đồng đều.