Allikas: pv-manufacturing.org
Monokristalliline räni (mono-Si või c-Si) on räni, mis koosneb pidevast tahkest monokristallist. Fotoelektriliste (PV) rakenduste jaoks kasvatatud räni kasvatatakse silindrikujulisel kujul, mille tüüpiline läbimõõt on 8 tolli (~ 200 mm). Seejärel trimmitakse silindri pind pseudoruudukujulise kuju saamiseks. Neid valuplokke saab valmistada kas sisemise,p-tüüpi dopinguga võintüüpi legeeritud räni.P-tüüpi doping saavutatakse tavaliselt boori kasutadesn-tüüpi doping saavutatakse fosfori abil. Mono-Si-st valmistatud päikesepatareid moodustavad hinnanguliselt 35% (30%p-tüüp ja 5%n-tüüp) kõigi ränist vahvlil põhinevate päikesepatareide kohta. Mono-Si kasutatava päikesepatarei tootmise tüüpiline paksus on vahemikus 160–190 μm. 2019. aastal oli suurim mono-Si räni vahvlite tootja Xi'an Longi Silicon Materials Corporation.
Cz-meetod - nime saanud Jan Czochralski - on kõige tavalisem mono-Si tootmise meetod. Sellel meetodil on suhteliselt madal termiline stressitaluvus, lühike töötlemisaeg ja suhteliselt madalad kulud. Cz-meetodil kasvatatud räni iseloomustab ka suhteliselt kõrge hapniku kontsentratsioon, mis võib aidata lisandite sisemist paranemist. Tööstuslik kristalli läbimõõdu standard on vahemikus 75–210 mm,&on väiksem kui 100> kristallograafiline orientatsioon. Kõrge puhtusastmega ränisisaldus (päikeseenergia räni) koos täiendavate lisanditega, kõige sagedamini boor (p- doping) või fosfor (n-tüüpi doping) kasutatakse protsessi lähteainena. Pinnale asetatakse monokristalliline räniseemne, pööratakse ja tõmmatakse järk-järgult ülespoole. See tõmbab sula räni sulast välja, nii et see saaks seemnest tahkuda pidevaks üksikkristalliks. Temperatuuri ja tõmbekiirust reguleeritakse hoolikalt, et välistada dislokatsioon kristallis, mida võib tekitada seemne / sulatuskontakt. Kiiruse reguleerimine võib mõjutada ka kristalli läbimõõtu. Tüüpilised hapniku ja süsiniku kontsentratsioonid on [O] ~ 10 × 1017cm-3ja [C] 5-10 × 1015cm-3vastavalt. Hapniku lahustuvuse tõttu räni varieeruvus (alates 10%)18cm-3räni sulamistemperatuuril toatemperatuuril mitu suurusjärku madalamal) võib hapnik sadestuda. Sadestumata hapnikust võivad saada elektriliselt aktiivsed defektid ja lisaks võivad hapniku termodoonorid mõjutada materjali takistust. Alternatiivselt võib sadestunud hapnik hõlbustada lisandite sisestamist. Hapniku interstitsiaalne vorm [Oi] booriga legeeritudp-tüüpi räni võib räni jõudlust tõsiselt mõjutada. Valgustatuse või voolu süstimise korral moodustab interstitsiaalne hapnik aboori-hapniku defekt taustse lisandi, booriga. See vähendab teadaolevalt valmis päikesepatarei efektiivsust kuni 10% suhtelisest.
Cz-standardprotsessi teine puudus on asjaolu, et dopandi jaotus ei ole valuploki ulatuses ühtlane, kuna boori (0,8) ja fosfori (0,3) eralduskoefitsient ei ole ühtsed. Selle tulemuseks on suhteliselt madal lisandi kontsentratsioon, seega suurem takistus Cz-tõmbeprotsessi alguses ja suurem dopandi kontsentratsioon, seega väiksem takistus, tõmbamisprotsessi lõpus. Fosfori suhteliselt madala segregatsiooniprotsessi tõttu on see peamiselt probleemiksn-tüüpi mono-Si, mille tulemuseks onn-tüüpi valuplokid.
Cz-protsess ning järgnev valuploki ja vahvli lõikamise protsess on näidatud allpool toodud animatsioonis.
Teine Cz-protsessi variant on pidev Cz-protsess. Pidevas Cz-protsessis lisatakse valuplokile tõmmates sulamile uut materjali. See võimaldab oluliselt madalamaid tiigleid, vähendades vastastikmõju tiigli seintega, samuti võimaldab teil kontrollida dopandi kontsentratsiooni sulas ja järelikult võib lisandi kontsentratsioon valuplokis olla konstantne. See võib seega põhjustada vastupidavuselt palju ühtlasemaid valuplokke, mis on ka pikemad, kuna te ei ole enam piiratud algsulamismahuga. Pideva Cz-meetodi puuduseks on aga see, et sulamisse võib koguneda madala eraldumiskoefitsiendiga lisandeid, mille tulemusena tõmbamisprotsessi viimases osas on kontsentratsioon kõrge.
CZ (Czochralski) monokristalliline räni päikese vahvel
