मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन

मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन, जिसे अक्सर मोनो-सी-सी या मोनो-सी एकल क्रिस्टल सिलिकॉन कहा जाता है, लगभग सभी आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में उपयोग किए जाने वाले सिलिकॉन-आधारित असतत घटकों और एकीकृत सर्किट के लिए आधार सामग्री है। मोनो-सी सौर कोशिकाओं के निर्माण में फोटोवोल्टिक, प्रकाश-अवशोषित सामग्री के रूप में भी कार्य करता है।

इसमें सिलिकॉन होता है जिसमें पूरे ठोस का क्रिस्टल जाली निरंतर होता है, इसके किनारों पर अखंड होता है, और किसी भी अनाज की सीमा (यानी एक क्रिस्टल) से मुक्त होता है। मोनो-सी को एक आंतरिक अर्धचालक के रूप में तैयार किया जा सकता है जिसमें केवल अत्यधिक शुद्ध सिलिकॉन होता है, या यह पी-प्रकार अर्धचालक बनाने के लिए बोरॉन या फास्फोरस जैसे अन्य तत्वों के अतिरिक्त डोपिंग (सेमीकंडक्टर) हो सकता है। पी-प्रकार या एन-टाइप सेमीकंडक्टर टाइप करें | एन-टाइप सिलिकॉन। अपने सेमीकंडक्टर गुणों के कारण, सिंगल-क्रिस्टल सिलिकॉन शायद पिछले कुछ दशकों की सबसे महत्वपूर्ण तकनीकी सामग्री है- सिलिकॉन युग, क्योंकि इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के विकास के लिए एक सस्ती कीमत पर इसकी उपलब्धता आवश्यक है, जिस पर ठोस-राज्य इलेक्ट्रॉनिक्स | वर्तमान इलेक्ट्रॉनिक्स और सूचना प्रौद्योगिकी क्रांति आधारित है।

मोनोस्फटिकाइन सिलिकॉन अन्य बहुरूपी रूपों से भिन्न होता है, जैसे कि गैर-क्रिस्टलीय अनाकार सिलिकॉन-पतली-फिल्म सौर कोशिकाओं में उपयोग किया जाता है- और पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन, जिसमें छोटे क्रिस्टल होते हैं जिन्हें क्रिस्टलीय कहा जाता है।

उत्पादन
एकल क्रिस्टल सिलिकॉन आम तौर पर कई तरीकों में से एक द्वारा बनाया जाता है जिसमें उच्च शुद्धता, सेमीकंडक्टर-ग्रेड सिलिकॉन (केवल कुछ भाग प्रति मिलियन अशुद्धता) को पिघलाना और एक निरंतर एकल क्रिस्टल के गठन को आरंभ करने के लिए एक बीज क्रिस्टल का उपयोग करना शामिल है। यह प्रक्रिया आम तौर पर क्रिस्टल एकरूपता को प्रभावित करने वाली अशुद्धियों से बचने के लिए एक निष्क्रिय वातावरण में, जैसे कि आर्गन, और एक निष्क्रिय क्रूसिबल, जैसे क्वार्ट्ज में की जाती है।

सबसे आम उत्पादन तकनीक Czochralski विधि है, जो पिघले हुए सिलिकॉन में एक सटीक रूप से उन्मुख रॉड-माउंटेड बीज क्रिस्टल को डुबोती है। फिर रॉड को धीरे-धीरे ऊपर की ओर खींचा जाता है और एक साथ घुमाया जाता है, जिससे खींची गई सामग्री को एक मोनोक्रिस्टलाइन बेलनाकार पिंड में 2 मीटर तक की लंबाई और कई सौ किलोग्राम वजन की अनुमति मिलती है। अशांत प्रवाह को नियंत्रित करने और दबाने के लिए चुंबकीय क्षेत्र भी लागू किए जा सकते हैं, जिससे क्रिस्टलीकरण की एकरूपता में और सुधार हो सकता है। अन्य विधियाँ क्षेत्र का पिघलना हैं, जो एक रेडियोफ्रीक्वेंसी हीटिंग कॉइल के माध्यम से एक पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन रॉड से गुजरती हैं जो एक स्थानीय पिघले हुए ज़ोन का निर्माण करती हैं, जिससे एक बीज क्रिस्टल पिंड बढ़ता है, और ब्रिजमैन-स्टॉकबर्गर तकनीक, जो इसे ठंडा करने के लिए एक तापमान प्रवणता के माध्यम से क्रूसिबल को स्थानांतरित करती है। बीज वाले बर्तन का अंत। वेफरिंग नामक प्रक्रिया के दौरान ठोस पिंडों को फिर पतली वेफर (इलेक्ट्रॉनिक्स) में काटा जाता है। वेफरिंग के बाद के प्रसंस्करण के बाद, वेफर्स निर्माण में उपयोग के लिए तैयार हैं।

पॉलीक्रिस्टलाइन सिल्लियों की ढलाई की तुलना में, मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन का उत्पादन बहुत धीमा और महंगा है। हालांकि, बेहतर इलेक्ट्रॉनिक गुणों के कारण मोनो-सी की मांग में वृद्धि जारी है - अनाज की सीमाओं की कमी बेहतर चार्ज वाहक प्रवाह की अनुमति देती है और इलेक्ट्रॉन वाहक उत्पादन और पुनर्संयोजन को रोकती है। - एकीकृत परिपथों और फोटोवोल्टिक्स के बेहतर प्रदर्शन की अनुमति देना।

इलेक्ट्रॉनिक्स में
मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन का प्राथमिक अनुप्रयोग असतत घटकों और एकीकृत परिपथों के उत्पादन में है। Czochralski विधि द्वारा बनाए गए सिल्लियों को लगभग 0.75 मिमी मोटी वेफर्स में काटा जाता है और एक नियमित, सपाट सब्सट्रेट प्राप्त करने के लिए पॉलिश किया जाता है, जिस पर विभिन्न microfabrication प्रक्रियाओं के माध्यम से microelectronics डिवाइस बनाए जाते हैं, जैसे डोपिंग (अर्धचालक) या आयन आरोपण, नक़्क़ाशी (माइक्रोफैब्रिकेशन), विभिन्न सामग्रियों का थिन-फिल्म निक्षेपण, और फोटोलिथोग्राफी पैटर्निंग।

इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए एक एकल निरंतर क्रिस्टल महत्वपूर्ण है, क्योंकि अनाज की सीमाएं, अशुद्धता और क्रिस्टलोग्राफिक दोष सामग्री के स्थानीय इलेक्ट्रॉनिक गुणों को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित कर सकते हैं, जो बदले में उनके उचित संचालन में हस्तक्षेप करके अर्धचालक उपकरणों की कार्यक्षमता, प्रदर्शन और विश्वसनीयता को प्रभावित करते हैं। उदाहरण के लिए, क्रिस्टलीय पूर्णता के बिना, बहुत बड़े पैमाने पर एकीकरण (वीएलएसआई) उपकरणों का निर्माण करना लगभग असंभव होगा, जिसमें अरबों ट्रांजिस्टर-आधारित सर्किट, जिनमें से सभी को मज़बूती से कार्य करना चाहिए, को एक माइक्रोप्रोसेसर बनाने के लिए एक चिप में जोड़ा जाता है। जैसे, इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग ने सिलिकॉन के बड़े एकल क्रिस्टल का उत्पादन करने के लिए सुविधाओं में भारी निवेश किया है।

सौर कोशिकाओं में
मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन का उपयोग उच्च-प्रदर्शन फोटोवोल्टिक्स (पीवी) उपकरणों के लिए भी किया जाता है। चूंकि माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों की तुलना में संरचनात्मक खामियों पर कम कठोर मांगें हैं, निम्न-गुणवत्ता वाले सौर-ग्रेड सिलिकॉन (सोग-सी) का उपयोग अक्सर सौर कोशिकाओं के लिए किया जाता है। इसके बावजूद, मोनोक्रिस्टलाइन-सिलिकॉन फोटोवोल्टिक उद्योग को इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग के लिए तेजी से मोनो-सी उत्पादन विधियों के विकास से काफी फायदा हुआ है।

बाजार हिस्सेदारी
पीवी तकनीक का दूसरा सबसे आम रूप होने के नाते, मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन केवल अपनी बहन, पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन से पीछे है। उल्लेखनीय रूप से उच्च उत्पादन दर और पॉली-सिलिकॉन की लगातार घटती लागत के कारण, मोनो-सी का बाजार हिस्सा घट रहा है: 2013 में, मोनोक्रिस्टलाइन सौर कोशिकाओं की बाजार हिस्सेदारी 36% थी, जो कि 12.6 GW के उत्पादन में परिवर्तित हुई। फोटोवोल्टिक क्षमता, लेकिन 2016 तक बाजार हिस्सेदारी 25% से नीचे गिर गई थी। बाजार हिस्सेदारी कम होने के बावजूद, 2016 में उत्पादित समतुल्य मोनो-सी पीवी क्षमता 20.2 GW थी, जो फोटोवोल्टिक प्रौद्योगिकियों के समग्र उत्पादन में उल्लेखनीय वृद्धि का संकेत देती है।

दक्षता
26.7% की रिकॉर्डेड सिंगल-जंक्शन सेल लैब दक्षता के साथ, मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन में पॉली-सी (22.3%) और स्थापित थिन-फिल्म सोलर सेल | जैसे कि कॉपर इंडियम गैलियम सेलेनाइड सौर सेल (21.7%), कैडमियम टेल्यूराइड फोटोवोल्टिक्स (21.0%), और अक्रिस्टलीय सिलिकॉन|ए-सी सेल (10.2%)। मोनो-सी के लिए सौर मॉड्यूल क्षमता - जो हमेशा उनके संबंधित कोशिकाओं की तुलना में कम होती है - अंततः 2012 में 20% अंक पार कर गई और 2016 में 24.4% तक पहुंच गई। पॉली-सिलिकॉन के विशिष्ट नीले रंग की तुलना में एकल क्रिस्टल में पुनर्संयोजन साइटों की कमी और इसके काले रंग के कारण फोटोन के बेहतर अवशोषण के लिए उच्च दक्षता काफी हद तक जिम्मेदार है। चूंकि वे अपने पॉलीक्रिस्टलाइन समकक्षों की तुलना में अधिक महंगे हैं, मोनो-सी कोशिकाएं उन अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी होती हैं जहां मुख्य विचार वजन या उपलब्ध क्षेत्र पर सीमाएं हैं।

निर्माण
कम उत्पादन दर के अलावा, निर्माण प्रक्रिया में बेकार सामग्री को लेकर भी चिंताएं हैं। अंतरिक्ष-कुशल सौर पैनलों को बनाने के लिए सर्कुलर वेफर्स (Czochralski प्रक्रिया के माध्यम से गठित बेलनाकार सिल्लियों का एक उत्पाद) को अष्टकोणीय कोशिकाओं में काटने की आवश्यकता होती है जिन्हें एक साथ पैक किया जा सकता है। बचे हुए पदार्थ का उपयोग पीवी कोशिकाओं को बनाने के लिए नहीं किया जाता है और पिघलने के लिए पिंड उत्पादन में वापस जाकर या तो त्याग दिया जाता है या पुनर्नवीनीकरण किया जाता है। इसके अलावा, भले ही मोनो-सी कोशिकाएं घटना की सतह के 20 माइक्रोन के भीतर अधिकांश फोटॉन को अवशोषित कर सकती हैं, पिंड काटने की प्रक्रिया पर सीमाएं वाणिज्यिक वेफर मोटाई आम तौर पर लगभग 200 माइक्रोन होती हैं। हालांकि, प्रौद्योगिकी में प्रगति से 2026 तक वेफर की मोटाई 140 माइक्रोन तक कम होने की उम्मीद है। अन्य निर्माण विधियों पर शोध किया जा रहा है, जैसे प्रत्यक्ष वेफर एपिटैक्सियल ग्रोथ, जिसमें पुन: प्रयोज्य सिलिकॉन सबस्ट्रेट्स पर बढ़ती गैसीय परतें शामिल हैं। नई प्रक्रियाएं वर्ग क्रिस्टल के विकास की अनुमति दे सकती हैं जिन्हें गुणवत्ता या दक्षता से समझौता किए बिना पतले वेफर्स में संसाधित किया जा सकता है, जिससे पारंपरिक पिंड काटने और काटने के तरीकों से कचरे को खत्म किया जा सकता है।