سليكون متعدد البلورات
السليكون متعدد البلورات Polycrystalline silicon، ويسمى أيضاً پوليسيليكون polysilicon، هو مادة تتكون من بلورات سليكون صغيرة. ويختلف عن السليكون أحادي البلورة، المستخدم في الإلكترونات والخلايا الشمسية، وعن السيكون الغير بلوري، المستخدم في أجهزة الأغشية الرقيقة والخلايا الشمسية.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
السليكون أحادي البلورة مقابل متعدد البلورات
مكونات السليكون متعدد البلورات
السليكون متعدد البلورات هو مكون رئيسي لمصنعي الدوائر المتكاملة ووحدة المعالجة المركزية مثل إيه إم دي وإنتل. على مستوى المكون، يستخدم السليكون متعدد البلورات منذ وقت طيل مادة بوابة موصلة في تقنيات معالجة موسفت وCMOS. لأجل هذه التقنيات يتم ترسيبه باستخدام مفاعلات الترسيب الكيميائي للبخار-مخفض الحرارة على درجات حرارة مرتفعة وويستخلص عادة النوع-n أو النوع-p.
في الآونة الأخيرة، يستخدم السليكون الحقيقي والمستخلص متعدد البلورات في إلكترونيات المساحات الكبيرة كطبقات نشطة و/أو مستخلصة في ترانزستورات الغشاء الرقيق. بالرغم من أنه يمكن استخلاصه من الترسيب الكيميائي للبخار، الترسيب الكيميائي المحسن للبخار-الپلازما، أو بلورة الحال الصلبة للسليكون الغير بلوري في أنظمة معالجة معينة، إلا أن هذه العمليات لا زالت بحاجة لدرجات حرارة مرتفعة نسبياً تصل إلى 300° س. درجات الحرارة هذه قد تجعل ترسيب السليكون متعدد البلورات ممكناً لركائز الزجاج لكن ليس لركائز البلاستيك. ترسيب السليكون متعدد البلورات على ركائز البلاستيك مدفوعاً برغبة القدرة على تصنيع الشاشات الرقمية على شاشات مرنة. لذلك، فالتقنية الجديدة نسبياً المسماة بلورة الليزر تم وضعها لبلورة بادئ مادة السليكون الغير بلوري على ركيزة بلاستيك بدون إذابة أو إتلاف البلاستيك. نبضات الليزر الفوق بنفسجية القصيرة، عالية الكثافة تستخدم لتسخين مادة السيلكون الغير بلوري المرسبة لأعلى من درجة إنصهار السليكون، بدون إذابة الركيزة بالكامل. سيتبلور السليكون المذاب عندما يبرد. بالتحكم الدقيق في درجات الحرارة، تمكن الباحثون من إنماء حبيبات ضخمة للغاية، يزيد حجمها عن مئات الميكرومترات في أقصى الحالات، بالرغم من أن الحبيبات في حجم من 10 [نانومتر]] إلى 1 ميكرومتر تعتبر شائعة أيضاً. لخلق أجهزة معتمدة على السليكون متعدد البلورات في مساحات كبيرة، ينبغي أن تكون حجم حبيبات البلورات أصغر من حجم الجهاز المطلوب لتجانس الأجهزة. طريقة أخرى لإنتاج السليكون متعدد البلورات في درجات حرارة منخفضة وهي metal-induced crystallization حيث يمكن بلورة السليكون الغير متبلور على درجات حرارة منخفضة قد تصل إلى 150س إذا تم تخميره أثناء اتصاله برقاقة معدنية أخرى مثل الألومنيوم، الذهب، أو الفضة.
للسليكون متعدد البلورات الكثير من التطبيقات في تصنيع دائرة التكامل الفائق. ومن أهمها استخدامها كمادة بوابة إلكترود لأجهزة موسفت. التوصيل الكهربي لبوابة السيكون متعدد البلورات (مثل سليسيد التنجستن) على البوابة. قد يستخدم السليكون متعدد البلورات أيضاً كمقاوم، موصل، أو موصل اومي للتقاطعات السطحية، مع توصيل كهربي مرغوب للحصول على مادة السليكون متعدد البلورات.
الاختلاف الرئيسي بين السليكون متعدد البلورات والسليكون عديم البلورات هو حرك [[حامل الشحنة|حاملات الشحنة] في السليكون متعدد البلورات والتي يمكن أن تكون ترتيبات أكبر حجماً وكذلك تظهر المادة استقراراً أكبر داخل المجال المغناطيسي الضغط الناجم عن الضوء. يسمح هذا بخلق دائرة أكثر تعقيداً وأعلى سرعة على ركيزة الزجاج في أجهزة السليكون متعدد البلورات، والتي لا تزال بحاجة إلى مميزاتها من حيث انخفاض التسرب. عند استخدام أجهزة السليكون متعدد البلورا وعديم البلورات في نفس العملية يسمى هذا بالمعالجة الهجين. معالجة الطبقة النشطة للسليكون المتعدد البلورات بالكامل تستخدم أيضاً في بعض الحالات حيث تكون الپكسلات صغيرة الحجم مطلوبة، مثل شاشات العرض.
الخلايا الشمسية والاستخدامات
السيكون متعدد البلورات يعتبر أيضاً مكوناً رئيسياً في إنشاء الألواح الشمسية. نمو الصناعة الشمسية الفوتوفولطية محدوداً بتوافر خام السليكون متعدد البلورات.[1] لأول مرة، في 2006، أكثر من نصف إمدادات العالم من السليكون متعدد البلورات تم استخدامه لإنتاج ألواح طاقة شمسية كهربائية متجددة.[2] في 2008 لم يكن هناك سوى اثنى عشر مصنع معروف لإنتاج السليكون متعدد البلورات الصالح لتصنيع ألواح الطاقة الشمسية. السيلكون أحادي البلورات أعلى سعراً وأكثر كفاءة عن السيلكون متعدد البلورات.
طرق الترسيب
ترسيب السيكون متعدد البلورات، أو عملية ترسيب طبقة السيلكون متعدد البلورات على رقاقة شبه موصلة، تتم بالتحليل الحراري للسيلان (SiH4) عند درجة حرارة 580 إلى 650 °س. تطلق عملية التحليل الكهربي هذه الهيدروجين.
السليكون ذو الجودة المعدنية المطور
السليكون ذو الجودة المعدنية المطور (UMG)، ويعرف أيضاً (UMG Si) هو مشروع لإنشاء خلية شمسية تم تصنيعها لتضييق فجوة الكفاءة بين خلية السليكون متعددة البلورات وأحادية البلورات عالية الكفاءة. السيلكون ذو الجودة المعدنية المطور، والذي يكون بنقاء أقل ثلاثة درجات عن السليكون متعدد البلورات، جاري بحثه ويعتبر بديلاً عالي الكفاءة للسليكون متعدد البلورات.[3]
مشروع يستخدف 18-22% خلية فعالة (قد يصل السيلكون ذو الجودة المعدنية المطور إلى كفاءة تقل 0.5% عن السليكون متعدد البلورات)، بتكلفة تصنيع تقل عن 1 دولار لكل واط وقت الذروة.
يحاول المشروع أيضاً بناء 1.000 طن من قدرة السليكون ذو الجودة المعدنية المطور بتكلفة 16 مليون دولار في ستة شهور.[4]
تأسست سولار ورلد كشركة محاصة بين شويتن سوالرهولدنگ لتحويل السليكون ذو الجدارة المعدنية dirty إلى سليكون ذو جدارة شمسية عالي النقاء.[5]
استخدامات ممكنة للسليكون متعدد البلورات
الصناع
القدرة
انتاج السليكون متعدد البلورات حسب البلد في 2013 (حسب المقر الرئيسي للشركو، وليس مكان المنشأة). الإجمالي العالمي هو 227,000 طن.[6]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
پوليسيليكون
الآن يشهد سوق تصنيع الپوليسيليكون تغيراً كبيرا (2010). مع ارتفاع الأسعار المتاحة في 2008/2009 ونقص المواد المتاحة، أعلنت الكثير من الشركات عن قدرات إضافية للسنوات القادمة. وسع المنتجون القائمون (المشار إليهم أدناه) قدراتهم، بالإضافة إلى القادمين الجدد - خاصة من آسيا- انتقلوا إلى هذا السوق. وحتى اللاعبون منذ وقت طويل في المجال واجهوا مؤخراً صعوبات لإنشاء محطات جديدة. وليس واضحاً حتى الآن أي الشركات ستكون قادرة على الإنتاج بأقل التكاليف لتحقق أرباحاً بعد تراجع الأسعار المتاحة في الشهور الأخيرة.[7][8]
أكبر المنتجين في 2010 هم:
- هملوك لأشباه الموصلات (قدرة 2010: 36 kt) [9] من الولايات المتحدة
- توكوياما (قدرة 2010: 30 kt)[10] من اليابان.
- ڤاكر تشمي (قدرة 2010: 25 kt)[11] من ألمانيا،
- GCL-Poly (قدرة 2010: 18kt)[12] من بانكوك،
- OCI (قدرة 2010: 17 kt)[13] من كوريا الجنوبية،
- LDK Solar (قدرة 2010: 11kt)[14] من الصين،
- MEMC Electronic Materials (قدرة 2010: 8)[15] من الولايات المتحدة،
- مؤسسة الطاقة المتجددة ASA (REC) (قدرة2010: 17kt)[16] من النرويج
السعر
الإلكترونيات المطبوعة
مقالة مفصلة: الإلكترونيات المطبوعة
طرحت الميكرو-تك نظام مؤتمم مطبوع متعدد الطبقات للخلايا الشمسية البلورية.[18]
انظر أيضاً
الهامش
- ^ The Wall Street Journal, A Shortage Hits Solar Power. April 29, 2006.
- ^ Photovoltaics: Getting Cheaper
- ^ Calisolar – Home
- ^ Greentech Media|Charting a Path to Low-Cost Solar
- ^ Solar: Doing the Dirty
- ^ خطأ استشهاد: وسم
<ref>غير صحيح؛ لا نص تم توفيره للمراجع المسماةBNEF polysilicon-production-2013 - ^ Commerzbank Equity Resarch, Robert Schramm, Lauren Licuanan: Feedback form Solar Silicon Conference. 28. April 2010
- ^ Citigroup Global Markets, Timothy Lam: Asia Solar View – May 2010, 3. May 2010
- ^ Hemlock Hemlock
- ^ Tokuyama 2010 Annual Report
- ^ Presseportal Wacker Chemie Kapazität Polysilicon
- ^ GCL-Poly at a glance
- ^ OCI Company Ltd.
- ^ LDK Solar
- ^ MEMC – About MEMC
- ^ REC Group
- ^ EMILIANO BELLINI (2022-02-24). "Polysilicon price fluctuations expected to continue until late 2023". PV magazine.
- ^ Micro-tec Introduces Automated Print System For Crystalline Solar Cells, 18 November 2008
وصلات خارجية
- Alan Joch (November 10, 2006). "Sand Trap: Will the silicon shortage stunt the solar industry's growth?". Plenty Magazine.
- Polycrystalline Silicon Procurement Solutions