Wafer van polykristallijn sillicium

Multikristallijn sillicium

De methoden voor de productie van multikristallijn silicium zijn eenvoudiger, en daarom ook goedkoper dan de methoden voor de productie van monokristallijn materiaal. De kwaliteit van multikristallijn silicium is echter lager dat van monokristallijn silicium, vanwege de aanwezigheid van korrelgrenzen. Korrelgrenzen gaan gepaard met zeer lokale delen van recombinatie, veroorzaakt door de aanvoer van hogere waarden defecte energie in de bandafstand, waardoor de totale levensduur van de kleinste ladingsdrager in het materiaal wordt verkort. Korrelgrenzen zorgen er bovendien voor dat een zonnecel slechter presteert doordat het stromen van ladingsdragers wordt belemmerd en er aftakkingen voor de stroom over de p-n verbinding worden gecreërd.

De PV-industrie heeft afgelopen jaren hard gewerkt om de efficiencyverschillen tussen monokristallijn en polykristallijn te verkleinen. Polykristallijn is inmiddels bijna net zo efficient als monokristallijn. Tegenwoordig is veruit het grootste deel van de zonnepanelen die in Noord-west Europa worden geinstalleerd van polykristallijn.

blok massief silicium
Een zojuist geproduceerde plak multikristallijn silicium. De plak wordt in stukken gezaagd, die vervolgens tot wafers worden versneden.

Om flinke verliezen van recombinatie bij korrelgrenzen te voorkomen, moet de korrelgrootte minstens een paar millimeter zijn [1]. Dit zorgt er bovendien voor dat korrels van de voorkant tot de achterkant van een cel kunnen strekken, waardoor zowel de weerstand voor ladingsdragers als de lengte van korrelgrenzen per enkele cel worden verkleind. Dergelijk multikristallijn materiaal wordt veel gebruikt bij de productie van commerciële zonnecellen.

Structuur van polykristallijn sillicium
Op de grens tussen twee kristalkorrels zijn de verbindingen beschadigd, waardoor de elektronische eigenschappen verslechteren.

Verwijzingen

1.            Card, H. C., en E. S. Yang, “Electronic processes at grain boundaries in polycrystalline semiconductors under optical illumination”, IEEE Transactions on Electron Devices, vol. ED-24, nr. 4, pp. 397-402, 1977.