1 ما هو السيليكون متعدد البلورات؟
السيليكون متعدد البلورات (Poly Si أو Polysilicon) هو مادة شبه موصلة تستخدم عادة في تصنيع الخلايا الكهروضوئية والمكونات الإلكترونية. وتتكون من حبيبات متعددة (جسيمات بلورية) مترابطة عند الحدود، ولكن الترتيب الذري داخل كل حبة منظم. يستخدم السيليكون متعدد البلورات على نطاق واسع في تصنيع الخلايا الشمسية الكهروضوئية. في الوحدات الكهروضوئية، يتم توصيل خلايا السيليكون متعددة البلورات على التوالي وبالتوازي لتشكيل الألواح الشمسية. وتستخدم هذه الألواح الشمسية لتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية.
بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدامه أيضًا لتصنيع مواد البوابة لبعض المكونات الإلكترونية مثل الترانزستورات والدوائر المتكاملة.
خصائص السيليكون متعدد البلورات:
هيكل متعدد البلورات:يتكون السيليكون متعدد البلورات من حبيبات متعددة، مع ذرات مرتبة بطريقة منظمة داخل كل حبة، ولكن الذرات مرتبة بشكل عشوائي عند الحدود بين الحبوب. هذه الحبوب لها أحجام واتجاهات مختلفة.
تكلفة منخفضة نسبيا:إن عملية إنتاج السيليكون متعدد البلورات بسيطة نسبيًا وفعالة من حيث التكلفة، مما يجعلها مناسبة للإنتاج على نطاق واسع. وهذا يمنح الخلايا الكهروضوئية المصنوعة من السيليكون متعدد البلورات ميزة سعرية في السوق.
كفاءة منخفضة:نظرًا لوجود حدود الحبوب، فإن كفاءة التحويل الكهروضوئي للخلايا الكهروضوئية المصنوعة من السيليكون متعدد البلورات تكون عادةً أقل من كفاءة الخلايا الكهروضوئية المصنوعة من السيليكون أحادي البلورات. يمكن أن تؤدي العيوب عند حدود الحبوب إلى إعادة تركيب الناقل، مما يقلل من كفاءة البطارية.
عملية إنتاج السيليكون متعدد البلورات:
تنقية المواد الخام:يبدأ إنتاج السيليكون متعدد البلورات عادةً بالسيليكون المعدني (MG Si)، الذي يحتاج أولاً إلى تنقيته لإزالة الشوائب من السيليكون وإنتاج مواد خام سيليكون عالية النقاء. الطريقة الشائعة الاستخدام هي عملية سيمنز، والتي تحصل على السيليكون متعدد البلورات عالي النقاء من خلال ترسيب البخار الكيميائي (CVD).
عملية التخفيض:يتفاعل السيليكون المعدني مع كلوريد الهيدروجين لإنتاج ثلاثي كلورو سيلان (HSiCl₃)، والذي يتم تنقيته بعد ذلك بالتقطير. وأخيرًا، يتم اختزال ثلاثي كلوروسيلان عند درجة حرارة عالية لإنتاج سيليكون متعدد البلورات عالي النقاء.
عملية التفاعل:يتفاعل السيليكون المعدني مع كلوريد الهيدروجين (HCl) لإنتاج ثلاثي كلوروسيلان (HSiCl₃) ومنتجات ثانوية أخرى. Si+3HCL→HSiCl₃+H₂
سبيكة:يتم صهر السيليكون متعدد البلورات عالي النقاء وصبه في قطع كبيرة من سبائك السيليكون متعدد البلورات. بعد التبريد، تتكون هذه السبائك من حبيبات سيليكون متعددة ذات اتجاهات مختلفة.
التقطيع:يتم تقطيع سبائك السيليكون متعدد البلورات إلى شرائح رفيعة بواسطة آلة تقطيع، والتي تسمى الرقائق وتستخدم لتصنيع الخلايا الكهروضوئية.
كشف وتصنيف رقائق السيليكون متعدد البلورات
الفحص البصري:استخدم معدات الفحص البصري لفحص جودة السطح والبنية البلورية لرقائق السيليكون متعدد البلورات.
اختبار الأداء الكهربائي:اختبار الخواص الكهربائية لرقائق السيليكون متعددة البلورات، مثل عمر حامل الأقلية، والموصلية، وما إلى ذلك.
تصنيف الجودة:واستنادًا إلى نتائج الاختبار، يتم تصنيف رقائق السيليكون متعدد البلورات وفقًا للجودة والأداء لضمان استخدام رقائق السيليكون عالية الجودة لتصنيع الخلايا الكهروضوئية بكفاءة.
2 ما هو السيليكون أحادي البلورة؟
السيليكون أحادي البلورية هو مادة سيليكون عالية النقاء تتكون من بنية بلورية واحدة. الترتيب الذري للسيليكون البلوري الواحد منظم، والهيكل البلوري مكتمل، وله خصائص كهربائية وقوة ميكانيكية ممتازة. تعد الخلايا الكهروضوئية المصنوعة من السيليكون أحادي البلورية حاليًا واحدة من أكثر الخلايا الكهروضوئية كفاءة في السوق، مع كفاءة تحويل كهروضوئية عالية ومناسبة لمختلف أنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية. يمكن استخدامها كمادة رئيسية لتصنيع أجهزة أشباه الموصلات مثل الدوائر المتكاملة (ICs)، والمعالجات الدقيقة، والذكريات، وأجهزة الاستشعار، وما إلى ذلك. بالإضافة إلى ذلك، يتم قطع رقائق السيليكون أحادية البلورية عالية النقاء (الرقائق)، وتطعيمها، وحفرها، وتعبئتها لإنتاجها مختلف المكونات الإلكترونية والرقائق. يستخدم السيليكون أحادي البلورية أيضًا في تصنيع العدسات البصرية، ونوافذ الأشعة تحت الحمراء، وأجهزة الليزر، والمزيد.
عملية الإنتاج:
1. تحضير المواد الخام:المادة الخام للسيليكون أحادي البلورية هي السيليكون عالي النقاء، وعادة ما يستخدم السيليكون المعدني المنقى.
2. طريقة الإنتاج:
طريقة تشوتشرالسكي (طريقة تشيكوسلوفاكيا):
خطوة:قم بإذابة السيليكون عالي النقاء في بوتقة، وأدخل بلورة بذرة سيليكون بلورية واحدة بالاتجاه البلوري المطلوب، ثم قم بتدوير بلورة البذرة ببطء واسحبها للسماح لذوبان السيليكون بالتبلور على بلورة البذرة، وتشكيل قضيب سيليكون بلوري واحد تدريجيًا.
صفات:يمكن أن تنتج طريقة CZ قضبان سيليكون أحادية البلورية ذات قطر كبير وعالية النقاء، ولكنها عرضة لإدخال الأكسجين والشوائب الأخرى.
المنطقة العائمة (FZ):
خطوة:استخدم التسخين الحثي عالي التردد لإذابة منطقة محلية من قضيب السيليكون بدون بوتقة، ثم قم بتحريك منطقة الانصهار على قضيب السيليكون عن طريق تحريك الملف التعريفي، وتحويل السيليكون متعدد البلورات تدريجيًا إلى سيليكون أحادي البلورة.
سمات:يتميز السيليكون البلوري الأحادي المنتج بطريقة FZ بنقاء أعلى ومحتوى أقل من الشوائب، مما يجعله مناسبًا لتصنيع أجهزة أشباه الموصلات عالية الأداء.
3. القطع والتجهيز
القطع:باستخدام منشار سلكي ماسي، يتم قطع قضيب سيليكون كريستالي واحد إلى شرائح رفيعة، تُعرف باسم الرقائق.
طحن وتلميع:طحن وتلميع رقاقة السيليكون المقطوعة لإزالة عيوب السطح وتحسين تسطيحها ونظافتها.
3 الفرق بين السيليكون الاحادي والسيليكون متعدد البلورات
تكمن الاختلافات الرئيسية بين السيليكون أحادي البلورات والسيليكون متعدد البلورات في بنيتها وخصائصها وتطبيقاتها. يتكون السيليكون أحادي البلورية من بنية بلورية واحدة، مع ترتيب ذري منظم وكفاءة تحويل كهروضوئية عالية (18% -24%). لديها خصائص كهربائية متفوقة ومناسبة للخلايا الكهروضوئية عالية الأداء وأجهزة أشباه الموصلات، ولكن تكلفة الإنتاج مرتفعة نسبيا. يتكون السيليكون متعدد البلورات من حبيبات متعددة ذات حدود حبيبية، مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة التحويل الكهروضوئي (15% -20%) وضعف الخصائص الكهربائية. يتم استخدامه بشكل أساسي للتطبيقات الكهروضوئية واسعة النطاق بتكاليف إنتاج منخفضة. يتمتع السيليكون أحادي البلورات بمظهر موحد وجماليات جيدة، في حين أن السيليكون متعدد البلورات له مظهر غير متساوي.