Analyse van de voordelen en bestaande problemen van EpiWafer

Onlangs is gemeld dat NexWafe GmbH, een dochteronderneming van Fraunhofer ISE in Duitsland, monokristallijne siliciumwafels ontwikkelt via het EpiWafer-proces, zonder smelten, kristallisatie, gieten of snijden in ingots, met een dikte van slechts 120 um, en heeft {{ 1}} procent celefficiëntie. EpiWafer verlaagt niet alleen de productiekosten aanzienlijk, maar sluit ook nauw aan bij de n-type monokristaltechnologie en zal het beste materiaal zijn voor toekomstige TOPCon- en heterojunctietechnologieën.

Wat is EpiWafer, dat de gunst van vele hoofdsteden heeft gewonnen en op het punt staat om in massaproductie te gaan?

Een van de redenen dat EpiWafer de gunst van veel hoofdsteden heeft gewonnen, is dat NexWafe een onvoorstelbaar verhaal vertelde: in plaats van siliciumwafels te produceren volgens de traditionele routine van smelten, kristalgroei en snijden, produceerden ze op ingenieuze wijze siliciumwafels rechtstreeks uit chloorsilaan, de grondstof van polysilicium.

Het traditionele productieproces van siliciumwafels is om eerst industrieel silicium te zuiveren tot zeer zuiver polysilicium, vervolgens kristallen te smelten en te trekken om siliciumstaven te produceren en vervolgens de siliciumstaven in vierkante wafels te snijden.

Van industrieel silicium tot zeer zuiver polysilicium, het is niet het fysieke proces dat je je voorstelt door onzuiverheden te smelten en te verwijderen en vervolgens te zuiveren, maar industrieel silicium om te zetten in chloorsilaan en het vervolgens te reduceren tot polysilicium. De chloorsilanen zijn hier niet alleen explosieve, maar ook zeer giftige gassen, daarom is de polysiliciumfabriek die je ziet als een chemische fabriek.

Afgebeeld: productie-installatie voor polysilicium

Bovendien moeten de daaropvolgende processen van smelten, kristalgroei, staafvorming en snijden een grote hoeveelheid elektrische energie verbruiken, en een grote hoeveelheid schroot zal worden gegenereerd wanneer de cilindrische siliciumstaaf in vierkante siliciumwafels wordt gesneden. worden samen laagwaardige silicamodder). Op 5 april kondigde Yunnan de annulering aan van kortingen op elektriciteitsprijzen in overeenstemming met de vereisten van de National Development and Reform Commission, wat direct leidde tot een daling van de aandelenkoers van LONGi met 5,51 procent op 6 april.

Eerder vertelde 1366 Technologies of the United States een verhaal over niet volgens de routine kaarten. Het idee van 1366 is om het gesmolten polysilicium direct in de matrijs van de siliciumwafel te kristalliseren en het in één stap tot een siliciumwafel te vormen, waardoor overbodige stappen zoals trekstangen voor kristalgroei en snijden worden geëlimineerd, en het verlies van grondstoffen aanzienlijk wordt verminderd . Dit proces is echter niet bevorderd vanwege de hoge kosten en het feit dat eenkristal een absoluut substituut is voor polykristallijn.

Volgens Fraunhofer ISE is het proces van 1366 te ingewikkeld en kan het verder worden vereenvoudigd van industrieel silicium tot siliciumwafels, net zoals het lezen van Du Mu's "Er zijn regens tijdens het Qingming-festival, en voetgangers op de weg willen hun ziel breken "Mag ik vragen waar het restaurant is? De herdersjongen wees erop. Zoals "Xinghua Village" is het te langdradig en kan het worden vereenvoudigd als "Qingming regen, mensen sterven. Waar is de wijn? Xinghua-dorp"

Het idee van Fraunhofer ISE is om rechtstreeks individuele wafels met standaarddikte te produceren van chloorsilanen die zijn geproduceerd uit industrieel silicium.

Aangezien het niet nodig is om polysiliciummateriaal te produceren in de productiewaardeketen, en het niet nodig is om polysiliciummateriaal te smelten voor het trekken van kristallen, en het daarna niet nodig te snijden en bij te snijden, bespaart het niet alleen energie, vermindert het afval, maar vereenvoudigt het ook het proces. Deze waardeketen vindt plaats. Met de fundamentele verandering zullen de productiekosten zeker aanzienlijk lager zijn in vergelijking met het traditionele wafelfabricageproces.

Dit is EpiWafer, een siliciumwafel gemaakt met een ingenieus proces.

Afgebeeld: epitaxiale wafel (rechts) gescheiden van herbruikbare zaadwafel (links)

Ideeën kunnen wild zijn, maar ze moeten in de praktijk worden getest. Kan het idee van Fraunhofer ISE zonnewafels produceren?

Maak je geen zorgen, de Epiwafer-technologie is niet de uitvinding van Fraunhofer ISE. In de elektronica-industrie is het Epiwafer-proces al een volwassen methode om wafers te vervaardigen.

Epiwafer vertaald in het Chinees is "silicium epitaxiale wafer". Sinds het einde van de jaren vijftig worden epitaxiale siliciumwafels met succes gebruikt bij de vervaardiging van hoogfrequente en hoogvermogentransistoren. Om aan de behoeften van verschillende halfgeleiderinrichtingen te voldoen, zijn dienovereenkomstig verschillende siliciumepitaxietechnologieën geproduceerd. Vanuit het perspectief van de fabricage van apparaten kan het worden onderverdeeld in positieve epitaxie en omgekeerde epitaxie, en vanuit de chemische samenstelling kan het worden onderverdeeld in homo-epitaxie en hetero-epitaxie.

Werkwijzen voor het vervaardigen van epitaxiale siliciumwafels omvatten dampfase-epitaxie, vloeistoffase-epitaxie, moleculaire bundelepitaxie en dergelijke. Onder hen is op chemische dampafzetting (CVD) gebaseerde dampfase-epitaxie de gangbare methode voor het produceren van epitaxiale siliciumwafels. De meest gebruikte gasbronnen zijn SiCl4, SiHCl3, SiH2Cl2 en SiH44, en SiCl4-bron is momenteel de meest gebruikte.

In EpiWafer-technologie kunnen siliciumwafels worden vervaardigd door epitaxiale afzetting van chloorsilaangassen als dikke kristallijne siliciumlagen, die vervolgens na groei worden gescheiden om individuele wafels van standaarddikte te produceren, ofwel n-type of p-type gedoteerde siliciummonolieten. Er kunnen kristalwafels worden geproduceerd.

Hoe komt het dat zo'n goede technologie niet is gebruikt in zonne-silicium? Het is heel eenvoudig, efficiënt en kostenbesparend. Aangezien EpiWafer is gebruikt in de halfgeleiderelektronica-industrie, moet u bedenken hoe vaak de kosten van de halfgeleiderelektronica-industrie die van zonne-energie zijn.

In 2012 stopte de Japanse SUMCO, 's werelds op één na grootste fabriek voor halfgeleiderwafels, de productie van zijn 12-inch mainstream epitaxiale siliciumwafels vanwege de hoge kosten. SUMCO heeft ook zonne-siliciumwafers, maar trok zich ook terug omdat de kosten te hoog waren. Hoewel SUMCO de productietechnologie van silicium epitaxiale wafers beheerst, wordt het niet gebruikt voor de productie van zonnewafers.

Technisch gezien moeten de siliciumwafels die in de zonne-industrie worden gebruikt nog steeds een probleem van energieopwekking oplossen, dat nog steeds verschilt van de elektronica-industrie, en het aantal siliciumwafels dat in de zonne-industrie wordt gebruikt, is verschillende ordes van grootte veelvouden van de halfgeleider industrie. een vraag.

Dat is wat Fraunhofer ISE probeert op te lossen.