Zdroj: pv-manufacturing.org
Monokryštalický kremík (mono-Si alebo c-Si) je kremík, ktorý pozostáva z kontinuálneho pevného monokryštálu. Kremík pestovaný na fotovoltaické (PV) použitie sa pestuje vo valcovitej forme s typickým priemerom 8 palcov (~ 200 mm). Potom sa povrch valca upraví tak, aby mal tvar pseudo-štvorca. Tieto ingoty môžu byť pripravené buď ako vnútorné,p-typ dopovaný alebon-typ dopovaného kremíka.P- doping typu sa typicky dosahuje použitím bóru whilen- doping typu sa dosahuje použitím fosforu. Solárne články vyrobené z mono-Si tvoria odhadom 35% (30%p-typ a 5%n- typ) všetkých solárnych článkov na báze kremíkovej doštičky. Typická hrúbka výroby PV solárnych článkov s mono-Si je v rozmedzí 160-190 μm. V roku 2019 bola najväčším výrobcom kremíkových doštičiek mono-Si Xi'an Longi Silicon Materials Corporation.
Metóda Cz - pomenovaná po Janovi Czochralskom - je najbežnejšou metódou výroby mono-Si. Táto metóda má relatívne nízku odolnosť proti tepelnému namáhaniu, krátku dobu spracovania a relatívne nízke náklady. Kremík vypestovaný procesom Cz sa tiež vyznačuje relatívne vysokou koncentráciou kyslíka, ktorá môže napomáhať vnútornému usadzovaniu nečistôt. Priemyselný štandard priemeru kryštálov je od 75-210 mm s&<100> kryštalografická orientácia. Vysoko čistý polysilikónový (solárny kremík) materiál s ďalšími dopantmi, najčastejšie bór (prep- doping typu) alebo fosfor (pren-typový doping) sa používa ako surovina do procesu. Na povrch sa položí kremíkové jadro z monokryštálu, otočí sa a postupne sa ťahá nahor. Toto vytiahne roztavený kremík z taveniny, aby mohol zo semena stuhnúť na súvislý monokryštál. Teplota a rýchlosť ťahania sú starostlivo upravené tak, aby sa vylúčila dislokácia v kryštáli, ktorá môže byť generovaná kontaktným šokom osiva / taveniny. Ovládanie rýchlosti môže mať tiež vplyv na priemer kryštálu. Typické koncentrácie kyslíka a uhlíka sú [O] ≈5‑10 × 1017cm-3a [C] ≈5‑10 × 1015cm-3, resp. Kvôli variabilite rozpustnosti kyslíka v kremíku (od 1018cm-3pri teplote topenia kremíka o niekoľko rádov nižších pri izbovej teplote) sa môže zrážať kyslík. Kyslík, ktorý sa nevyzráža, sa môže stať elektricky aktívnym defektom a tepelné donory kyslíka môžu ďalej ovplyvňovať rezistivitu materiálu. Alternatívne môže vyzrážaný kyslík uľahčiť vnútorné nahromadenie nečistôt. Intersticiálna forma kyslíka [Oi] v bórom dopovanomp-typ kremíka môže vážne ovplyvniť výkonnosť kremíka. Pri osvetlení alebo prúdovej injekcii tvorí intersticiálny kyslík aporucha bóru a kyslíka s dopantom pozadia, bór. Je známe, že to znižuje účinnosť hotového solárneho článku až o 10% relatívne.
Ďalšou nevýhodou štandardného procesu Cz je skutočnosť, že distribúcia dopantov nie je pozdĺž ingotu rovnomerná, pretože koeficient segregácie bóru (0,8) a fosforu (0,3) nie sú jednotné. To má za následok relatívne nízku koncentráciu dopantu, a teda vyššiu rezistivitu na začiatku procesu ťahania Cz, a vyššiu koncentráciu dopantu, a teda nižšiu rezistivitu ku koncu procesu ťahania. Kvôli relatívne nízkemu procesu segregácie fosforu je to hlavne problémntypu mono-Si, čo vedie k širokému rozsahu rezistivity pren-typ ingoty.
Proces Cz a následný proces rezania ingotov a oblátok je uvedený v animácii nižšie.
Ďalším variantom procesu Cz je kontinuálny proces Cz. V kontinuálnom procese Cz sa počas tavenia ingotu pridáva do taveniny nový materiál. To umožňuje výrazne plytšie tégliky, čo znižuje interakciu so stenami téglika, a tiež vám umožňuje riadiť koncentráciu dopantu v tavenine a následne môže byť koncentrácia dopantu v ingote konštantná. To teda môže viesť k oveľa rovnomernejším ingotom z hľadiska odporu, ktoré sú tiež dlhšie, pretože už nie ste obmedzený na počiatočný objem taveniny. Nevýhodou kontinuálnej metódy Cz je však to, že v tavenine sa môžu hromadiť nečistoty s nízkym koeficientom segregácie, čo vedie k vysokej koncentrácii v druhej časti procesu ťahania.
CZ (Czochralski) Monokryštalická kremíková solárna doštička