Sumber: pv-manufacturing.org
Silikon monokristalin (mono-Si atau c-Si) adalah silikon yang terdiri dari kristal tunggal padat kontinu. Silikon yang ditanam untuk aplikasi fotovoltaik (PV) ditanam dalam bentuk silinder dengan diameter tipikal 8 inci (~ 200 mm). Permukaan silinder kemudian dipangkas untuk membuat bentuk persegi semu. Ingot ini dapat disiapkan sebagai intrinsik,p-jenis doped ataun-jenis silikon yang diolah.P-jenis doping biasanya dicapai dengan menggunakan boron whilen-jenis doping dicapai dengan menggunakan fosfor. Sel surya yang dibuat dari mono-Si terdiri dari sekitar 35% (30%p-type dan 5%n-type) dari semua sel surya berbasis wafer silikon. Ketebalan tipikal produksi sel surya PV bekas pakai mono-Si adalah di kisaran 160‑190μm. Pada tahun 2019, produsen wafer silikon mono-Si terbesar adalah Xi'an Longi Silicon Material Corporation.
Metode Cz — dinamai menurut Jan Czochralski — adalah metode produksi mono-Si yang paling umum. Metode ini memiliki ketahanan tegangan termal yang relatif rendah, waktu pengerjaan yang singkat, dan biaya yang relatif rendah. Silikon yang tumbuh melalui proses Cz juga dicirikan oleh konsentrasi oksigen yang relatif tinggi yang dapat membantu pengambilan kotoran secara internal. Standar industri untuk diameter kristal adalah dari 75‑210mm dengan< 100=""> orientasi kristalografi. Bahan polysilicon (silikon kelas surya) dengan kemurnian tinggi dengan dopan tambahan, paling umum boron (untukp-jenis doping) atau fosfor (untukn-jenis doping) digunakan sebagai bahan baku untuk proses tersebut. Benih silikon kristal tunggal ditempatkan di permukaan, diputar dan secara bertahap ditarik ke atas. Ini menarik silikon cair keluar dari lelehan sehingga dapat memadat menjadi kristal tunggal berkelanjutan dari biji. Suhu dan kecepatan penarikan disesuaikan dengan hati-hati untuk menghilangkan dislokasi pada kristal, yang dapat dihasilkan oleh kejutan kontak benih / leleh. Mengontrol kecepatan juga dapat memengaruhi diameter kristal. Konsentrasi oksigen dan karbon yang khas adalah [O] ≈5‑10 × 1017cm-3dan [C] ≈5‑10 × 1015cm-3, masing-masing. Karena variabilitas kelarutan oksigen dalam silikon (dari 1018cm-3pada titik leleh silikon hingga beberapa kali lipat lebih rendah pada suhu kamar), oksigen dapat mengendap. Oksigen yang tidak diendapkan dapat menjadi cacat aktif secara elektrik, dan selanjutnya, pendonor termal dari oksigen dapat mempengaruhi resistivitas material. Sebagai alternatif, oksigen yang diendapkan dapat memfasilitasi pengambilan kotoran internal. Bentuk interstisial oksigen [Oi] di boron-dopedp-jenis silikon dapat sangat mempengaruhi kinerja silikon. Di bawah penerangan atau injeksi saat ini, oksigen interstisial membentuk adefek boron-oksigen dengan dopan latar belakang, boron. Hal ini diketahui mengurangi efisiensi sel surya lengkap hingga 10% relatif.
Kerugian lain dari proses Cz standar adalah fakta bahwa distribusi dopan tidak seragam di sepanjang ingot karena koefisien segregasi boron (0,8) dan fosfor (0,3) tidak bersatu. Hal ini menghasilkan konsentrasi dopan yang relatif rendah, sehingga resistivitas lebih tinggi, pada awal proses penarikan Cz dan konsentrasi dopan lebih tinggi, sehingga resistivitas lebih rendah, menjelang akhir proses penarikan. Karena proses segregasi fosfor yang relatif rendah, ini terutama menjadi masalahn-jenis mono-Si menghasilkan rentang resistivitas yang luas untukn-type ingot.
Proses Cz dan proses pemotongan ingot dan wafer berikutnya ditampilkan dalam animasi di bawah ini.
Varian lain dari proses Cz adalah proses Cz kontinyu. Dalam proses Cz kontinyu, material baru ditambahkan ke lelehan selama penarikan ingot. Hal ini memungkinkan cawan lebur secara signifikan lebih dangkal, mengurangi interaksi dengan dinding wadah, dan juga memungkinkan Anda untuk mengontrol konsentrasi dopan dalam lelehan dan akibatnya konsentrasi dopan dalam ingot bisa konstan. Dengan demikian, hal ini dapat menyebabkan ingot yang jauh lebih seragam dalam hal resistivitas yang juga lebih lama karena Anda tidak lagi terbatas pada volume leleh awal. Kerugian dari metode Cz kontinyu adalah, bagaimanapun, bahwa pengotor dengan koefisien segregasi yang rendah dapat dibangun dalam lelehan yang menghasilkan konsentrasi tinggi pada bagian akhir dari proses penarikan.
CZ (Czochralski) Monocrystalline Silicon Solar Wafer