Źródło: pv-manufacturing.org
Krzem monokrystaliczny (mono-Si lub c-Si) to krzem, który składa się z ciągłego stałego monokryształu. Krzem uprawiany do zastosowań fotowoltaicznych (PV) jest hodowany w formie cylindrycznej o typowej średnicy 8 cali (~ 200 mm). Powierzchnia cylindra jest następnie przycinana, aby uzyskać kształt pseudokwadratowy. Te wlewki mogą być przygotowane jako wewnętrzne,p-typ domieszkowany lubndomieszkowany krzemem.Pdomieszkowanie typu uzyskuje się zwykle przy użyciu boru andomieszkowanie typu uzyskuje się za pomocą fosforu. Szacuje się, że ogniwa słoneczne wytwarzane z mono-Si stanowią około 35% (30%p-typ i 5%n-typ) wszystkich krzemowych ogniw słonecznych opartych na płytkach. Typowa grubość ogniw słonecznych PV wykorzystanych do produkcji mono-Si mieści się w zakresie 160-190 μm. W 2019 roku największym producentem wafli krzemowych mono-Si była firma Xi'an Longi Silicon Materials Corporation.
Metoda Cz - nazwana na cześć Jana Czochralskiego - jest najpowszechniejszą metodą produkcji mono-Si. Ta metoda ma stosunkowo niską odporność na naprężenia termiczne, krótki czas przetwarzania i stosunkowo niski koszt. Krzem hodowany w procesie Cz charakteryzuje się również stosunkowo wysokim stężeniem tlenu, które może wspomagać wewnętrzne pochłanianie zanieczyszczeń. Przemysłowy standard średnicy kryształu wynosi od 75–210 mm z< 100=""> orientacja krystalograficzna. Materiał polikrzemowy o wysokiej czystości (krzem klasy solarnej) z dodatkowymi domieszkami, najczęściej boru (nppdomieszkowanie typu) lub fosforu (npndomieszkowanie typu) jest stosowany jako surowiec do procesu. Pojedyncze kryształowe ziarno krzemu umieszcza się na powierzchni, obraca i stopniowo wyciąga do góry. To wyciąga stopiony krzem ze stopu, dzięki czemu może zestalić się w ciągły pojedynczy kryształ z nasion. Temperatura i prędkość wyciągania są starannie regulowane, aby wyeliminować dyslokację w krysztale, która może być spowodowana szokiem kontaktowym nasiona / stopiony materiał. Kontrolowanie prędkości może również wpływać na średnicę kryształu. Typowe stężenia tlenu i węgla wynoszą [O] ≈ 5–10 × 1017cm-3i [C] ≈5‑10 × 1015cm-3odpowiednio. Ze względu na zmienność rozpuszczalności tlenu w krzemie (od 1018cm-3w temperaturze topnienia krzemu do kilku rzędów wielkości niższej w temperaturze pokojowej) tlen może się wytrącać. Tlen, który nie jest wytrącany, może stać się elektrycznie aktywnymi defektami, a ponadto donory ciepła z tlenu mogą wpływać na rezystywność materiału. Alternatywnie, wytrącony tlen może ułatwić wewnętrzne pochłanianie zanieczyszczeń. Śródmiąższowa forma tlenu [Oi] z dodatkiem borupKrzem typu może poważnie wpłynąć na działanie krzemu. Pod oświetleniem lub prądem wstrzyknięcia tlen śródmiąższowy tworzy adefekt tlenowy boru z domieszką tła, borem. Wiadomo, że zmniejsza to wydajność gotowego ogniwa słonecznego nawet o 10%.
Inną wadą standardowego procesu Cz jest fakt, że rozkład domieszki nie jest równomierny wzdłuż wlewka, ponieważ współczynniki segregacji boru (0,8) i fosforu (0,3) nie są jednością. Skutkuje to stosunkowo niskim stężeniem domieszek, a tym samym wyższą rezystywnością na początku procesu ciągnięcia Cz i wyższą koncentracją domieszki, a tym samym niższą rezystywnością, pod koniec procesu ciągnięcia. Ze względu na stosunkowo niski proces segregacji fosforu jest to głównie problemn-typ mono-Si, co daje szeroki zakres rezystywności dlansztabki typu.
Proces Cz i późniejszy proces cięcia wlewków i płytek przedstawiono na poniższej animacji.
Innym wariantem procesu Cz jest ciągły proces Cz. W ciągłym procesie Cz nowy materiał jest dodawany do stopionego materiału podczas wyciągania wlewka. Pozwala to na znacznie płytsze tygle, zmniejszając interakcję ze ściankami tygli, a także pozwala kontrolować stężenie domieszek w wytopie, a co za tym idzie, stężenie domieszek w wlewku może być stałe. Może to zatem prowadzić do znacznie bardziej jednolitych wlewków pod względem rezystywności, które są również dłuższe, ponieważ nie jesteś już ograniczony do początkowej objętości stopu. Wadą metody ciągłej Cz jest jednak to, że w stopie mogą gromadzić się zanieczyszczenia o niskim współczynniku segregacji, powodując wysokie stężenia w dalszej części procesu wyciągania.
CZ (Czochralski) Monokrystaliczny krzemowy wafel słoneczny