Krzem multikrystaliczny (Mc-Si) to materiał krzemowy z wieloma ziarnami kryształów o różnej orientacji i kształcie. Mc-Si jest często określany jako synonim krzemu polikrystalicznego, jednak określenie Mc-Si zwykle odnosi się do materiału krzemowego o wielkości ziarna lub kryształu większej niż 1 mm.
Po wyprodukowaniu z powszechnie dostępnych zasobów kwarcytu – polikrzemu (proces opisany w artykule „Produkcja polikrzemu” z 12 XI 2021 r. MF) – krzemu klasy elektrolitycznej o czystości 9N (99,99999999% Si), zostaje on podzielony na mniejsze kawałki, gotowe do produkcji wlewków krzemu mono- i multikrystalicznego.
Krzem multikrystaliczny Mc-Si jest wytwarzany przez kierunkowe krzepnięcie w tyglu kwarcowym. Krzem Mc-Si ma tę zaletę, że jest tańszy niż krzem monokrystaliczny wytwarzany w procesie Czochralskiego. Jednak ze względu na obecność defektów w materiale, takich jak granice ziaren, i zanieczyszczenia metaliczne, takie jak żelazo, ogniwa słoneczne Mc-Si zwykle mają niższą wydajność konwersji niż ich odpowiedniki z monokrystalicznego krzemu.
Podczas procesu chłodzenia zanieczyszczenia (najczęściej żelazo) dyfundują z tygla do wlewka, tworząc tzw. obszar czerwonej strefy silnie stężonych zanieczyszczeń. Ponadto niejednorodność rozkładu zanieczyszczeń i szybkości chłodzenia powodują, że wafle z zewnętrznego obszaru wlewka mają zwykle niższą jakość w porównaniu z waflami z pozostałej części wlewka. W rezultacie wafle z krawędzi często nie są używane, co zmniejsza całkowitą liczbę pozyskiwanych wafli z każdego wlewka.
Oprócz wyższego stężenia zanieczyszczeń, podczas wzrostu wlewków Mc-Si może powstać wiele defektów, takich jak granice ziaren, dyslokacje, wtrącenia i tlenki. Aby rozwiązać te problemy, opracowano wysokowydajny krzem multikrystaliczny (HP-multi Si). Aby zapewnić jednolity materiał o stosunkowo małych ziarnach, w procesie HP-multi Si stosuje się dokładną kontrolę szybkości chłodzenia stopu. HP-multi Si ma niższą gęstość dyslokacji w porównaniu z konwencjonalnym Mc-Si. Dzięki temu na granicach ziaren występują łagodniejsze naprężenia wynikające z różnicy gęstości masy stopionego krzemu i ciała stałego. To kontrolowane chłodzenie skutkuje mniejszą liczbą skupisk dyslokacji.
Zdjęcie przedstawia blok krzemu multikrystalicznego na wystawie SNEC w 2018 roku.
Źródło: pv-manufacturing.org
