السيليكون متعدد البلورات

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 13 صور
الموسوعة الحرة
الجانب الأيسر : خلايا شمسية مصنوعة من السيليكون متعدد البلورات. الجانب الأيمن : قضيب السيليكون متعدد البلورات (أعلى) وقطع (أسفل)

السيليكون متعدد البلورات ، أو السيليكون متعدد البلورات ، ويسمى أيضًا السيليكون المتعدد ، أو بولي سي ، أو إم سي-سي ، هو شكل متعدد البلورات عالي النقاء من السيليكون ، يستخدم كمادة خام في صناعة الطاقة الشمسية الكهروضوئية والإلكترونيات .

يتم إنتاج البولي سيليكون من السيليكون المعدني من خلال عملية تنقية كيميائية تسمى عملية سيمنز . تتضمن هذه العملية تقطير مركبات السيليكون المتطايرة، وتحللها إلى سيليكون عند درجات حرارة عالية. تستخدم عملية تنقية بديلة ناشئة مفاعل سرير مائع . تنتج صناعة الطاقة الكهروضوئية أيضًا سيليكون معدني مطور (UMG-Si)، باستخدام عمليات تنقية معدنية بدلاً من الكيميائية. [1] عند إنتاجه لصناعة الإلكترونيات، يحتوي البولي سيليكون على مستويات شوائب أقل من جزء واحد في المليار (ppb)، في حين أن السيليكون الشمسي متعدد البلورات (SoG-Si) يكون أقل نقاءً بشكل عام. في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، تحول الإنتاج نحو الصين، حيث تمثل الشركات الصينية سبعة من أكبر عشرة منتجين وحوالي 90٪ من إجمالي الطاقة الإنتاجية العالمية التي تبلغ حوالي 1400000 طن متري. تمثل الشركات الألمانية والأمريكية وكوريا الجنوبية الباقي. [2]

يتم صب مادة البولي سيليكون الخام - قضبان كبيرة، عادة ما يتم تكسيرها إلى قطع بأحجام محددة وتعبئتها في غرف نظيفة قبل الشحن - مباشرة في سبائك متعددة البلورات أو يتم إخضاعها لعملية إعادة التبلور لتنمية كرات بلورية مفردة . ثم يتم تقطيع الكرات إلى رقائق سيليكون رقيقة واستخدامها لإنتاج الخلايا الشمسية والدوائر المتكاملة وأجهزة أشباه الموصلات الأخرى .

يتكون البولي سيليكون من بلورات صغيرة ، تُعرف أيضًا باسم البلورات ، مما يمنح المادة تأثير رقائق المعدن النموذجي . في حين غالبًا ما يتم استخدام البولي سيليكون والسيليكون المتعدد كمرادفات، يشير مصطلح متعدد البلورات عادةً إلى بلورات أكبر من مليمتر واحد. الخلايا الشمسية متعددة البلورات هي النوع الأكثر شيوعًا من الخلايا الشمسية في سوق الطاقة الكهروضوئية سريع النمو وتستهلك معظم البولي سيليكون المنتج في جميع أنحاء العالم. يلزم حوالي 5 أطنان من البولي سيليكون لتصنيع 1 ميغاواط (MW) من الوحدات الشمسية التقليدية. [3] [ بحاجة لمصدر ] يختلف البولي سيليكون عن السيليكون أحادي البلورة والسيليكون غير المتبلور .

مقابل السيليكون أحادي البلورة

مقارنة الخلايا الشمسية متعددة البلورات (على اليسار) مع الخلايا الشمسية أحادية البلورة (على اليمين)

في السيليكون أحادي البلورة، المعروف أيضًا باسم السيليكون أحادي البلورة ، يكون الإطار البلوري متجانسًا، ويمكن التعرف عليه من خلال التلوين الخارجي المتساوي. [4] العينة بأكملها عبارة عن بلورة واحدة مستمرة وغير منقطعة حيث لا يحتوي بنيتها على حدود حبيبية . البلورات المفردة الكبيرة نادرة في الطبيعة ويمكن أن يكون من الصعب أيضًا إنتاجها في المختبر (انظر أيضًا إعادة التبلور ). على النقيض من ذلك، في البنية غير المتبلورة، يقتصر الترتيب في المواضع الذرية على نطاق قصير.

تتكون المراحل المتعددة البلورات والشبه البلورية من عدد من البلورات أو البلورات الصغيرة . السيليكون المتعدد البلورات (أو السيليكون شبه البلوري، أو السيليكون المتعدد، أو بولي سي، أو ببساطة "بولي") هو مادة تتكون من بلورات سيليكون صغيرة متعددة. يمكن التعرف على الخلايا المتعددة البلورات من خلال حبيبات مرئية، "تأثير رقائق معدنية". يتم تحويل السيليكون المتعدد البلورات من الدرجة شبه الموصلة (أيضًا الدرجة الشمسية) إلى سيليكون أحادي البلورة - مما يعني أن بلورات السيليكون المرتبطة عشوائيًا في السيليكون المتعدد البلورات يتم تحويلها إلى بلورة مفردة كبيرة. يستخدم السيليكون أحادي البلورة لتصنيع معظم الأجهزة الإلكترونية الدقيقة القائمة على السيليكون . يمكن أن يكون السيليكون المتعدد البلورات نقيًا بنسبة تصل إلى 99.9999٪. [5] يستخدم البولي فائق النقاء في صناعة أشباه الموصلات ، بدءًا من قضبان البولي التي يبلغ طولها من مترين إلى ثلاثة أمتار. في صناعة الإلكترونيات الدقيقة (صناعة أشباه الموصلات)، يتم استخدام البوليمر على المستويين الكبير والصغير. يتم إنتاج البلورات المفردة باستخدام طرق تشوكرالسكي وذوبان المنطقة وبريدجمان -ستوكبارجر .

عناصر

قضيب من البولي سيليكون من الدرجة شبه الموصلة

على مستوى المكونات، تم استخدام البولي سيليكون منذ فترة طويلة كمادة بوابة موصلة في تقنيات معالجة MOSFET و CMOS . بالنسبة لهذه التقنيات، يتم ترسيبه باستخدام مفاعلات الترسيب الكيميائي للبخار منخفض الضغط ( LPCVD ) في درجات حرارة عالية وعادة ما يكون مشوبًا بشدة من النوع n أو النوع p .

في الآونة الأخيرة، يتم استخدام البولي سيليكون الجوهري والمُشَوَّب في الإلكترونيات ذات المساحات الكبيرة كطبقات نشطة و/أو مُشَوَّبَة في الترانزستورات ذات الأغشية الرقيقة . وعلى الرغم من إمكانية ترسيبه بواسطة LPCVD أو الترسيب الكيميائي للبخار المعزز بالبلازما أو التبلور في الطور الصلب للسيليكون غير المتبلور في أنظمة معالجة معينة، إلا أن هذه العمليات لا تزال تتطلب درجات حرارة عالية نسبيًا لا تقل عن 300 درجة مئوية. تجعل هذه درجات الحرارة ترسيب البولي سيليكون ممكنًا للركائز الزجاجية ولكن ليس للركائز البلاستيكية.

إن ترسيب السليكون متعدد البلورات على ركائز بلاستيكية مدفوع بالرغبة في القدرة على تصنيع شاشات رقمية على شاشات مرنة. لذلك، تم ابتكار تقنية جديدة نسبيًا تسمى التبلور بالليزر لبلورة مادة السليكون غير المتبلور الأولية (a-Si) على ركيزة بلاستيكية دون ذوبان أو إتلاف البلاستيك. تُستخدم نبضات ليزر فوق بنفسجية قصيرة وعالية الكثافة لتسخين مادة السليكون غير المتبلورة المترسبة إلى ما فوق نقطة انصهار السليكون، دون ذوبان الركيزة بأكملها.

السيليكون متعدد البلورات (يستخدم لإنتاج بلورات السيليكون الأحادية بواسطة عملية تشوخرالسكي )

ثم يتبلور السيليكون المنصهر أثناء تبريده. ومن خلال التحكم الدقيق في تدرجات درجات الحرارة، تمكن الباحثون من زراعة حبيبات كبيرة جدًا، يصل حجمها إلى مئات الميكرومترات في الحالة القصوى، على الرغم من أن أحجام الحبيبات من 10 نانومتر إلى 1 ميكرومتر شائعة أيضًا. ومع ذلك، من أجل إنشاء أجهزة على السيليكون المتعدد على مساحات كبيرة، يلزم حجم حبيبات بلورية أصغر من حجم ميزة الجهاز لتجانس الأجهزة. هناك طريقة أخرى لإنتاج السيليكون المتعدد في درجات حرارة منخفضة وهي التبلور المستحث بالمعادن حيث يمكن تبلور طبقة رقيقة من السيليكون غير المتبلور في درجات حرارة منخفضة تصل إلى 150 درجة مئوية إذا تم تسخينها أثناء ملامستها لفيلم معدني آخر مثل الألومنيوم أو الذهب أو الفضة .

يستخدم البولي سيليكون في العديد من التطبيقات في تصنيع الدوائر المتكاملة ذات النطاق الواسع للغاية . ومن بين الاستخدامات الأساسية له استخدام مادة قطب البوابة في أجهزة MOS. ويمكن زيادة التوصيل الكهربائي لبوابة البولي سيليكون عن طريق ترسيب معدن (مثل التنغستن) أو سيليكون معدني (مثل سيليكون التنغستن) فوق البوابة. ويمكن أيضًا استخدام البولي سيليكون كمقاوم أو موصل أو كجهة اتصال أومية للوصلات الضحلة، مع تحقيق التوصيل الكهربائي المطلوب عن طريق إضافة مادة البولي سيليكون.

أحد الفروق الرئيسية بين البولي سيليكون والسيليكون غير النشط هو أن قدرة حاملات الشحنة للبولي سيليكون على الحركة يمكن أن تكون أكبر بكثير من حيث الحجم، كما تظهر المادة أيضًا استقرارًا أكبر تحت المجال الكهربائي والإجهاد الناتج عن الضوء. وهذا يسمح بإنشاء دوائر كهربائية عالية السرعة وأكثر تعقيدًا على الركيزة الزجاجية جنبًا إلى جنب مع أجهزة السيليكون غير النشط، والتي لا تزال مطلوبة لخصائص التسرب المنخفضة الخاصة بها . عندما يتم استخدام أجهزة السيليكون غير النشط والسيليكون غير النشط في نفس العملية، فإن هذا يسمى المعالجة الهجينة. تُستخدم أيضًا عملية الطبقة النشطة الكاملة للبولي سيليكون في بعض الحالات حيث يلزم حجم بكسل صغير، كما هو الحال في شاشات العرض .

المواد الخام لصناعة الطاقة الكهروضوئية

السليكون متعدد البلورات هو المادة الخام الرئيسية في صناعة الخلايا الكهروضوئية القائمة على السليكون البلوري ويستخدم لإنتاج الخلايا الشمسية التقليدية . ولأول مرة، في عام 2006، كان مصنعو الخلايا الكهروضوئية يستخدمون أكثر من نصف إمدادات العالم من السليكون متعدد البلورات. [6] وقد تعطلت صناعة الطاقة الشمسية بشدة بسبب نقص إمدادات مادة السليكون متعدد البلورات واضطرت إلى إيقاف تشغيل حوالي ربع قدرتها على تصنيع الخلايا والوحدات في عام 2007. [7] كان من المعروف أن اثني عشر مصنعًا فقط تنتج السليكون متعدد البلورات المستخدم في الطاقة الشمسية في عام 2008؛ ومع ذلك، بحلول عام 2013 زاد العدد إلى أكثر من 100 مصنع. [8] السليكون أحادي البلورة أعلى سعرًا وأكثر كفاءة من أشباه الموصلات متعددة البلورات لأنه خضع لإعادة التبلور الإضافية عبر طريقة تشوكرالسكي.

طرق الترسيب

يتم ترسيب البولي سيليكون، أو عملية ترسيب طبقة من السيليكون متعدد البلورات على رقاقة أشباه الموصلات، عن طريق التحلل الكيميائي للسيلان (SiH 4 ) عند درجات حرارة عالية تتراوح من 580 إلى 650 درجة مئوية. تطلق عملية التحلل الحراري هذه الهيدروجين.

سي إتش
4(ز) → Si(s) + 2 H
2(ز) الترسيب الكيميائي للبخار عند 500-800 درجة مئوية [9]

يمكن ترسيب طبقات البولي سيليكون باستخدام 100٪ سيلان عند ضغط 25-130 باسكال (0.19-0.98 تور) أو مع 20-30٪ سيلان (مخفف في النيتروجين) عند نفس الضغط الكلي. يمكن لكلا هاتين العمليتين ترسيب البولي سيليكون على 10-200 رقاقة لكل تشغيل، بمعدل 10-20 نانومتر / دقيقة وبتوحيد سمك ± 5٪. تشمل متغيرات العملية الحرجة لترسيب البولي سيليكون درجة الحرارة والضغط وتركيز السيلان وتركيز الشوائب. وقد ثبت أن تباعد الرقاقة وحجم الحمل لهما تأثيرات طفيفة فقط على عملية الترسيب. يزداد معدل ترسيب البولي سيليكون بسرعة مع درجة الحرارة، لأنه يتبع سلوك أرينيوس ، أي معدل الترسيب = A·exp(–qE a /kT) حيث q هي شحنة الإلكترون و k هو ثابت بولتزمان . تبلغ طاقة التنشيط (E a ​​) لترسيب البولي سيليكون حوالي 1.7 إلكترون فولت. وبناءً على هذه المعادلة، يزداد معدل ترسيب البولي سيليكون مع زيادة درجة حرارة الترسيب. ومع ذلك، ستكون هناك درجة حرارة دنيا، حيث يصبح معدل الترسيب أسرع من المعدل الذي يصل به السيلان غير المتفاعل إلى السطح. وبعد هذه الدرجة من الحرارة، لم يعد من الممكن أن يزداد معدل الترسيب مع درجة الحرارة، لأنه أصبح الآن معوقًا بسبب نقص السيلان الذي سيتولد منه البولي سيليكون. ويقال بعد ذلك إن مثل هذا التفاعل "محدود بالنقل الكتلي". وعندما تصبح عملية ترسيب البولي سيليكون محدودة بالنقل الكتلي، يصبح معدل التفاعل معتمدًا في المقام الأول على تركيز المتفاعل وهندسة المفاعل وتدفق الغاز.

عندما يكون معدل ترسب البولي سيليكون أبطأ من معدل وصول السيلان غير المتفاعل، يقال إنه محدود بالتفاعل السطحي. تعتمد عملية الترسيب المحدودة بالتفاعل السطحي في المقام الأول على تركيز المتفاعل ودرجة حرارة التفاعل. يجب أن تكون عمليات الترسيب محدودة بالتفاعل السطحي لأنها تؤدي إلى تجانس ممتاز في السمك وتغطية الخطوة. يؤدي رسم لوغاريتم معدل الترسيب مقابل مقلوب درجة الحرارة المطلقة في منطقة محدودة بالتفاعل السطحي إلى خط مستقيم يكون ميله مساويًا لـ -qE a /k.

عند مستويات الضغط المنخفضة لتصنيع VLSI، يكون معدل ترسيب البولي سيليكون أقل من 575 درجة مئوية بطيئًا جدًا بحيث لا يكون عمليًا. فوق 650 درجة مئوية، سيتم مواجهة اتساق ترسيب ضعيف وخشونة مفرطة بسبب تفاعلات الطور الغازي غير المرغوب فيها واستنزاف السيلان. يمكن تغيير الضغط داخل مفاعل الضغط المنخفض إما عن طريق تغيير سرعة الضخ أو تغيير تدفق الغاز الداخل إلى المفاعل. إذا كان الغاز الداخل يتكون من السيلان والنيتروجين، فيمكن تغيير تدفق الغاز الداخل، وبالتالي ضغط المفاعل، إما عن طريق تغيير تدفق النيتروجين عند تدفق السيلان الثابت، أو تغيير كل من تدفق النيتروجين والسيلان لتغيير إجمالي تدفق الغاز مع الحفاظ على نسبة الغاز ثابتة. أظهرت التحقيقات الأخيرة أن تبخر الحزمة الإلكترونية، متبوعًا بـ SPC (إذا لزم الأمر) يمكن أن يكون بديلاً فعالاً من حيث التكلفة وأسرع لإنتاج أغشية رقيقة من البولي سيليكون بدرجة الطاقة الشمسية. [10] وقد ثبت أن الوحدات المنتجة بهذه الطريقة لها كفاءة كهروضوئية تبلغ ~6٪. [11]

يتم أيضًا إضافة مادة البولي سيليكون، إذا لزم الأمر، أثناء عملية الترسيب، عادةً عن طريق إضافة الفوسفين أو الأرسين أو ثنائي البوران. يؤدي إضافة الفوسفين أو الأرسين إلى ترسيب أبطأ، بينما يؤدي إضافة ثنائي البوران إلى زيادة معدل الترسيب. عادةً ما يتدهور تجانس سمك الترسيب عند إضافة المواد المعززة أثناء الترسيب.

عملية سيمنز

مخطط تخطيطي لعملية تنقية المفاعل التقليدي والمفاعل المائع

تُعد عملية سيمنز الطريقة الأكثر استخدامًا لإنتاج البولي سيليكون، وخاصةً للإلكترونيات، [12] حيث يستخدم ما يقرب من 75% من إنتاج العالم هذه العملية اعتبارًا من عام 2005. [13]

تحول هذه العملية السيليكون المعدني ، الذي تصل درجة نقائه إلى 98% تقريبًا، إلى SiHCl 3 ثم إلى السيليكون في مفاعل، وبالتالي إزالة شوائب المعادن الانتقالية والمواد المضافة . [12] هذه العملية مكلفة وبطيئة نسبيًا. [12]

إنه نوع من عملية الترسيب الكيميائي للبخار . [14]

السيليكون المعدني المحسن

يتم إنتاج السليكون المعدني المحسن (UMG) (المعروف أيضًا باسم UMG-Si) للخلايا الشمسية كبديل منخفض التكلفة للسيليكون متعدد الاستخدامات الذي تم إنشاؤه بواسطة عملية سيمنز . يقلل UMG-Si بشكل كبير من الشوائب بعدة طرق تتطلب معدات وطاقة أقل من عملية سيمنز. [15] إنه نقي بنسبة 99٪ تقريبًا وهو أقل نقاءً بثلاثة أوامر أو أكثر من حيث الحجم وأقل تكلفة بحوالي 10 مرات من البولي سيليكون (1.70 دولارًا إلى 3.20 دولارًا للكيلوغرام من 2005 إلى 2008 مقارنة بـ 40 دولارًا إلى 400 دولار للكيلوغرام للبولي سيليكون). لديه القدرة على توفير كفاءة خلايا شمسية جيدة تقريبًا عند 1/5 من الإنفاق الرأسمالي ونصف متطلبات الطاقة وأقل من 15 دولارًا للكيلوغرام. [16]

في عام 2008، كانت العديد من الشركات تروج لإمكانات UMG-Si، ولكن في عام 2010، أدت أزمة الائتمان إلى خفض تكلفة البولي سيليكون بشكل كبير، ووضع العديد من منتجي UMG-Si الخطط قيد الانتظار. [17] [18] ستظل عملية سيمنز هي الشكل السائد للإنتاج لسنوات قادمة بسبب تنفيذ عملية سيمنز بكفاءة أكبر. تدعي شركة GT Solar أن عملية سيمنز الجديدة يمكن أن تنتج بسعر 27 دولارًا للكيلوغرام وقد تصل إلى 20 دولارًا للكيلوغرام في 5 سنوات. تتوقع شركة GCL-Poly أن تبلغ تكاليف الإنتاج 20 دولارًا للكيلوغرام بحلول نهاية عام 2011. [19] تقدر شركة Elkem Solar تكاليف UMG الخاصة بها بـ 25 دولارًا للكيلوغرام، بسعة 6000 طن بحلول نهاية عام 2010. تتوقع Calisolar أن تنتج تقنية UMG بسعر 12 دولارًا للكيلوغرام في 5 سنوات مع البورون عند 0.3 جزء في المليون والفوسفور عند 0.6 جزء في المليون. [20] عند 50 دولارًا للكيلوغرام و7.5 جرامًا لكل واط، ينفق مصنعو الوحدات 0.37 دولارًا لكل واط على البولي سيليكون. للمقارنة، إذا دفع مصنع CdTe سعرًا فوريًا للتيلوريوم (420 دولارًا للكيلوغرام في أبريل 2010) وكان سمكه 3  ميكرومتر ، فإن تكلفته ستكون أقل بعشر مرات، 0.037 دولارًا لكل واط. عند 0.1 جرامًا لكل واط و31 دولارًا لكل أونصة للفضة، ينفق منتجو الطاقة الشمسية البولي سيليكون 0.10 دولارًا لكل واط على الفضة. [21]

استخدمت شركة Q-Cells وشركة Canadian Solar وشركة Calisolar مادة UMG من إنتاج Timminco. وتستطيع شركة Timminco إنتاج مادة UMG-Si بتركيز 0.5 جزء في المليون من البورون مقابل 21 دولارًا للكيلوجرام، ولكن المساهمين رفعوا دعوى قضائية ضدها لأنها كانت تتوقع 10 دولارات للكيلوجرام. [22] كما خاضت شركة RSI وشركة Dow Corning نزاعًا قضائيًا بشأن تقنية UMG-Si. [23]

التطبيقات المحتملة

صورة لحدود الحبيبات للسيليكون المتعدد. كل حبيبة متبلورة على طول عرض الحبيبة. تفصل حدود الحبيبات الحبيبات حيث تكون الحبيبة المجاورة في اتجاه مختلف عن الحبيبة المجاورة. تفصل حدود الحبيبات مناطق ذات بنية بلورية مختلفة وبالتالي تعمل كمركز لإعادة التركيب. "d" هنا هو حجم حبيبات مميز، والذي يجب تعظيمه لتحقيق أقصى قدر من كفاءة الخلايا الشمسية. القيم النموذجية لـ d هي حوالي 1 ميكرومتر.

حاليًا، يُستخدم البولي سيليكون بشكل شائع في مواد البوابة الموصلة في الأجهزة شبه الموصلة مثل MOSFETs ؛ ومع ذلك، فإنه يتمتع بإمكانات لأجهزة الطاقة الكهروضوئية واسعة النطاق. [24] [25] إن وفرة السيليكون واستقراره وسميته المنخفضة، جنبًا إلى جنب مع التكلفة المنخفضة للبولي سيليكون مقارنة بالبلورات المفردة تجعل هذا التنوع من المواد جذابًا لإنتاج الطاقة الكهروضوئية. [25] وقد ثبت أن حجم الحبيبات له تأثير على كفاءة الخلايا الشمسية متعددة البلورات. تزداد كفاءة الخلايا الشمسية مع حجم الحبيبات. ويرجع هذا التأثير إلى انخفاض إعادة التركيب في الخلية الشمسية. يحدث إعادة التركيب، وهو عامل مقيد للتيار في الخلية الشمسية، بشكل أكثر انتشارًا عند حدود الحبيبات، انظر الشكل 1. [25]

تختلف المقاومة والحركة وتركيز الناقل الحر في السيليكون أحادي البلورة مع تركيز الشوائب في السيليكون أحادي البلورة. في حين أن شوائب السيليكون متعدد البلورات لها تأثير على المقاومة والحركة وتركيز الناقل الحر، فإن هذه الخصائص تعتمد بشدة على حجم حبيبات متعدد البلورات، وهو معلمة فيزيائية يمكن لعالم المواد التلاعب بها. [25] من خلال طرق التبلور لتكوين السيليكون متعدد البلورات، يمكن للمهندس التحكم في حجم حبيبات متعدد البلورات مما سيغير الخصائص الفيزيائية للمادة.

أفكار جديدة

يتطلب استخدام السيليكون متعدد البلورات في إنتاج الخلايا الشمسية مواد أقل وبالتالي يوفر أرباحًا أعلى وإنتاجية تصنيع متزايدة. لا يلزم ترسيب السيليكون متعدد البلورات على رقاقة سيليكون لتشكيل خلية شمسية، بل يمكن ترسيبه على مواد أخرى أرخص، وبالتالي تقليل التكلفة. إن عدم الحاجة إلى رقاقة سيليكون يخفف من نقص السيليكون الذي تواجهه صناعة الإلكترونيات الدقيقة أحيانًا. [26] ومن الأمثلة على عدم استخدام رقاقة السيليكون السيليكون البلوري على مواد الزجاج (CSG). [26]

إن الاهتمام الأساسي في صناعة الطاقة الكهروضوئية هو كفاءة الخلايا. ومع ذلك، فإن توفير التكاليف الكافية من تصنيع الخلايا يمكن أن يكون مناسبًا للتعويض عن انخفاض الكفاءة في الميدان، مثل استخدام مجموعات الخلايا الشمسية الأكبر مقارنة بالتصاميم الأكثر إحكاما / ذات الكفاءة العالية. التصاميم مثل CSG جذابة بسبب انخفاض تكلفة الإنتاج حتى مع انخفاض الكفاءة. [26] تنتج الأجهزة ذات الكفاءة العالية وحدات تشغل مساحة أقل وأكثر إحكاما؛ ومع ذلك، فإن كفاءة 5-10٪ لأجهزة CSG النموذجية لا تزال تجعلها جذابة للتركيب في محطات الخدمة المركزية الكبيرة، مثل محطة الطاقة. [26] إن قضية الكفاءة مقابل التكلفة هي قرار قيمة ما إذا كان المرء يحتاج إلى خلية شمسية "كثيفة الطاقة" أو مساحة كافية متاحة لتثبيت بدائل أقل تكلفة. على سبيل المثال، قد تتطلب الخلية الشمسية المستخدمة لتوليد الطاقة في موقع بعيد خلية شمسية أكثر كفاءة من تلك المستخدمة في تطبيقات الطاقة المنخفضة، مثل الإضاءة الشمسية أو الآلات الحاسبة الجيبية، أو بالقرب من شبكات الطاقة القائمة.

الشركات المصنعة

سعة

إنتاج البولي سيليكون حسب الدولة في عام 2013 (المقر الرئيسي للشركة، وليس موقع المنشأة). الإجمالي العالمي 227000 طن. [27]

  الصين (36.1%)
  الولايات المتحدة الأمريكية (25.9%)
  كوريا الجنوبية (11.4%)
  ألمانيا (21.6%)
  اليابان (4.9%)
المعالجة الكيميائية في مصنع البولي سيليكون التابع لشركة PST

تنمو سوق تصنيع البولي سيليكون بسرعة. وفقًا لـ DigiTimes ، في يوليو 2011، بلغ إجمالي إنتاج البولي سيليكون في عام 2010 209000 طن. يمثل الموردون من الدرجة الأولى 64٪ من السوق بينما تمتلك شركات البولي سيليكون التي تتخذ من الصين مقراً لها 30٪ من حصة السوق. من المرجح أن يزيد الإنتاج الإجمالي بنسبة 37.4٪ إلى 281000 طن بحلول نهاية عام 2011. [28] بالنسبة لعام 2012، تتوقع EETimes Asia إنتاج 328000 طن مع 196000 طن فقط من الطلب، مع توقع انخفاض الأسعار الفورية بنسبة 56٪. في حين أن هذا جيد لآفاق الطاقة المتجددة، فإن الانخفاض اللاحق في السعر قد يكون وحشي بالنسبة للمصنعين. [29] اعتبارًا من أواخر عام 2012، أفادت SolarIndustryMag أنه سيتم الوصول إلى سعة 385000 طن بحلول نهاية عام 2012. [30]

اعتبارًا من عام 2010، ومع قيام المنتجين الراسخين (المذكورين أدناه) بتوسيع قدراتهم، فإن الوافدين الجدد الإضافيين - وكثير منهم من آسيا - ينتقلون إلى السوق. حتى اللاعبين القدامى في هذا المجال واجهوا مؤخرًا صعوبات في توسيع إنتاج النباتات. ومن غير الواضح بعد أي الشركات ستكون قادرة على الإنتاج بتكاليف منخفضة بما يكفي لتحقيق الربح بعد الانخفاض الحاد في أسعار السوق الفورية في الأشهر الأخيرة. [31] [32]

المنتجين الرائدين

توقعت شركة Wacker's أن تزيد قدرتها الإنتاجية الإجمالية من البولي سيليكون النقي للغاية إلى 67000 طن متري بحلول عام 2014، وذلك بفضل منشأة إنتاج البولي سيليكون الجديدة في كليفلاند بولاية تينيسي (الولايات المتحدة) بسعة سنوية تبلغ 15000 طن متري. [33] [34]

أكبر منتجي البولي سيليكون في عام 2013 (حصة السوق ٪)
جي سي إل-بولي إنيرجي الصين 65000 طن 22%
واكر كيمي ألمانيا 52000 طن 17%
أو سي آي كوريا الجنوبية 42000 طن 14%
أشباه الموصلات من هيملوك الولايات المتحدة الأمريكية 36000 طن 12%
ريك النرويج 21,500 طن 7%
المصدر: تشير Market Realist إلى أن الطاقة الإنتاجية العالمية بلغت 300 ألف طن في عام 2013. [3]
وتقدر BNEF الإنتاج الفعلي لعام 2013 بنحو 227 ألف طن [27]
الشركات المصنعة الأخرى

سعر

تاريخ أسعار البولي سيليكون الفورية

غالبًا ما يتم تقسيم أسعار البولي سيليكون إلى فئتين، أسعار العقود وأسعار السوق الفورية، وتتطلب النقاء الأعلى أسعارًا أعلى. بينما في أوقات التثبيت المزدهرة، يحدث ارتفاع في أسعار البولي سيليكون. لا تتجاوز أسعار السوق الفورية أسعار العقود في السوق فحسب؛ بل من الصعب أيضًا الحصول على ما يكفي من البولي سيليكون. سيقبل المشترون الدفعة الأولى والاتفاقيات طويلة الأجل للحصول على كمية كافية من البولي سيليكون. على العكس من ذلك، ستكون أسعار السوق الفورية أقل من أسعار العقود بمجرد أن يكون تركيب الألواح الشمسية الكهروضوئية في اتجاه تنازلي. في أواخر عام 2010، أدى ازدهار التركيب إلى رفع أسعار السوق الفورية للبولي سيليكون. في النصف الأول من عام 2011، ظلت أسعار البولي سيليكون قوية بسبب سياسات التعريفة التغذوية في إيطاليا. أفادت شركة PVinsights، وهي شركة متخصصة في مسح أسعار الطاقة الشمسية الكهروضوئية وأبحاث السوق، [47] أن أسعار البولي سيليكون قد تنخفض بسبب نقص التركيب في النصف الثاني من عام 2011. [48] وفي عام 2008، تجاوزت الأسعار 400 دولار للكيلوغرام، بعد أن كانت عند مستويات حوالي 200 دولار للكيلوغرام، بينما انخفضت إلى 15 دولارًا للكيلوغرام في عام 2013. [49]

الإغراق

اتهمت الحكومة الصينية الشركات المصنعة في الولايات المتحدة وكوريا الجنوبية بفرض أسعار استغلالية أو "إغراق السوق" . ونتيجة لهذا، فرضت في عام 2013 تعريفات جمركية تصل إلى 57% على البولي سيليكون المستورد من هذين البلدين من أجل منع بيع المنتج بأقل من التكلفة. [50]

يضيع

بسبب النمو السريع في التصنيع في الصين والافتقار إلى الضوابط التنظيمية، كانت هناك تقارير عن إلقاء نفايات رباعي كلوريد السيليكون . [51] عادةً ما يتم إعادة تدوير نفايات رباعي كلوريد السيليكون ولكن هذا يزيد من تكلفة التصنيع لأنه يحتاج إلى التسخين إلى 1800 درجة فهرنهايت (980 درجة مئوية).

انظر أيضا

مراجع

  1. ^ منديز ، لورا. فورنييس، إدواردو؛ جارين ، دانيال. بيريز فاسكيز، أنطونيو؛ سوتو، أليخاندرو؛ فلاسينكو ، تيمور (1 أكتوبر 2021). “ترقية السيليكون والبولي سيليكون من الدرجة المعدنية لإنتاج الكهرباء بالطاقة الشمسية: تقييم مقارن لدورة الحياة”. علم البيئة الشاملة . 789 : 147969. أرخايف : 2102.11571 . بيب كود :2021ScTEn.78947969M. دوى :10.1016/j.scitotenv.2021.147969. بميد  34082204. S2CID  232013656.
  2. ^ "مصنعو البولي سيليكون". BernReuter Research . مؤرشف من الأصل في 2024-05-29 . تم الاسترجاع في 2024-08-18 .
  3. ^ "الصين: وادي السيليكون الجديد – البولي سيليكون". 2 فبراير 2015. مؤرشف من الأصل في 25 أبريل 2015. اطلع عليه بتاريخ 30 أبريل 2015 .
  4. ^ "Solar ABC". solarworld.de . مؤرشف من الأصل في 25 يناير 2009. اطلع عليه بتاريخ 10 أبريل 2018 .
  5. ^ كوليك، ي (1995). "صفائح السيليكون متعدد البلورات من شريط مسحوق الإلكترون المستخدمة في تصنيع الطبقات المسامية". أفلام صلبة رقيقة . 255 ( 1-2 ): 159. رمز Bibcode :1995TSF...255..159K. doi :10.1016/0040-6090(94)05644-S.
  6. ^ "الطاقة الكهروضوئية: أصبحت أرخص". nyecospaces.com . مؤرشف من الأصل في 2 يناير 2015. تم الاسترجاع 10 أبريل 2018 .
  7. ^ صحيفة وول ستريت جورنال، نقص الطاقة الشمسية. 29 أبريل/نيسان 2006.
  8. ^ Ltd., ENF. "ENF Ltd". www.enfsolar.com . تم الاسترجاع في 10 أبريل 2018 .
  9. ^ مورجان، دي في؛ بورد، ك. (1991). مقدمة إلى تكنولوجيا أشباه الموصلات الدقيقة (الطبعة الثانية). تشيتشيستر، غرب ساسكس، إنجلترا: جون وايلي وأولاده. ص 27. رقم ISBN 0471924784.
  10. ^ C. Becker, "البنية الدقيقة والأداء الكهروضوئي لأغشية السيليكون متعدد البلورات الرقيقة على طبقات ZnO:Al المستقرة في درجات الحرارة". J. Appl. Phys. 106, 084506 (2009), DOI:10.1063/1.3240343
  11. ^ [المؤتمر الخامس والثلاثون لأخصائيي الطاقة الكهروضوئية التابع لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات، 614 (2010)]
  12. ^ abc Karl W. Boer (6 ديسمبر 2012). Advances in Solar Energy: An Annual Review of Research and Development, Volume 1 · 1982. Springer Science & Business Media. ص 153–. ISBN 978-1-4684-8992-7.
  13. ^ Vesselinka Petrova-Koch (2009). الطاقة الكهروضوئية عالية الكفاءة ومنخفضة التكلفة: التطورات الأخيرة. Springer Science & Business Media. ص 47–. ISBN 978-3-540-79358-8.
  14. ^ "إنتاج البولي سيليكون: عملية سيمنز". Bernreuter Research . 2020-06-29 . تم الاسترجاع في 2024-06-29 .
  15. ^ هل السليكون المعدني المحسن هو الأمل الوحيد لمصنعي الخلايا الشمسية الكهروضوئية؟ – أخبار GLG. Glgroup.com (2008-05-20). تم الاسترجاع في 2011-04-02.
  16. ^ أوقفت شركة Dow Corning إنتاج السيليكون المستخدم في الطاقة الشمسية من إنتاج شركة UMG. محفظة GUNTHER (2010-04-29). تم الاسترجاع في 2011-04-02.
  17. ^ أوقفت شركة Dow Corning إنتاج السيليكون المستخدم في الطاقة الشمسية من إنتاج شركة UMG. محفظة GUNTHER (2010-04-29). تم الاسترجاع في 2011-04-02.
  18. ^ بيان صحفي. Timminco. تم ​​استرجاعه في 2011-04-02. ملاحظة بشأن Timminco: في 14 مايو 2009، تم تسمية Timminco Limited وPhoton Consulting LLC وRogol Energy Consulting LLC وMichael Rogol وDr. Heinz Schimmelbusch وRobert Dietrich وRené Boisvert وArthur R. Spector وJack L. Messman وJohn C. Fox وMichael D. Winfield وMickey P. Yakisch وJohn P. Walsh كمدعى عليهم في دعوى قضائية. كانت المطالبة بمبلغ 500 مليون دولار بالإضافة إلى الأضرار العقابية. يتوفر قرار محكمة العدل العليا لصالح المدعى عليهم هنا: https://www.canlii.org/en/on/onsc/doc/2016/2016onsc3124/2016onsc3124.html يتوفر استئناف إلى محكمة أونتاريو العليا على الرابط التالي. حكمت المحكمة مرة أخرى لصالح المدعى عليهم ومنحت التكاليف وفقًا لذلك. https://www.canlii.org/en/on/onca/doc/2017/2017onca369/2017onca369.html تم تقديم استئناف إلى المحكمة العليا الكندية. القرار النهائي للمحكمة العليا الكندية يبرر موقف المدعى عليهم تمامًا مع منح تكاليف جزئية للمدعى عليهم. القرار النهائي متاح هنا: https://scc-csc.lexum.com/scc-csc/scc-l-csc-a/en/16947/1/document.do يتوفر ملخص لهذه القضية هنا: https://www.canadianunderwriter.ca/insurance/court-shuts-door-case-may-muddied-water-limitation-periods-1004126598/
  19. ^ “Solarserver | Das Internetportal für erneuerbare Energien”. مؤرشفة من الأصلي بتاريخ 23-05-2011 . تم الاسترجاع 2011/04/03 .
  20. ^ http://www.bernreuter.com/fileadmin/user_upload/samples/SWE_6-2010_Solar_Silicon_Conference.pdf [ عنوان URL العاري PDF ]
  21. ^ "أخبار ومقالات ونصائح وإرشادات حول إدارة أموالك في مجال التمويل الشخصي - myfinances.co.uk" (PDF) . My Finances . تم الاسترجاع في 10 أبريل 2018 .
  22. ^ من هم أهم رواد إنتاج السيليكون الشمسي، الشركات، التقنيات، التكلفة، القدرات، والآفاق العالمية حتى عام 2012
  23. ^ دعوى قضائية تتعلق بتصنيف الطاقة الشمسية: شركة Dow Corning ضد شركة RSI Silicon. محفظة GUNTHER. تم الاسترجاع في 2011-04-02.
  24. ^ Streetman, BG & Banerjee, S. (2000), Solid State Electronic Devices (الطبعة الخامسة)، نيو جيرسي: برنتيس هول، ISBN 0-13-025538-6
  25. ^ abcd Ghosh, Amal K.; Fishman, Charles & Feng, Tom (1980), "Theory of the electrical and photovoltaic properties of polycrystalline silicon", Journal of Applied Physics , 51 (1): 446, Bibcode :1980JAP....51..446G, doi :10.1063/1.327342
  26. ^ abcd Basore, PA (2006). "CSG-2: توسيع إنتاج تكنولوجيا PV الجديدة من السيليكون متعدد البلورات" (PDF) . وقائع المؤتمر الأوروبي الحادي والعشرين للطاقة الشمسية الكهروضوئية .
  27. ^ "Solar Insight, Research note – PV production 2013: an all Asian-fair" (PDF) . Bloomberg New Energy Finance. 16 أبريل 2014. ص  2- 3. مؤرشف من الأصل (PDF) في 30 يونيو 2014.
  28. ^ هوانغ، نوينغ؛ تشانج، جاكي (19 يوليو 2011). "زيادة حجم البولي سيليكون في أكتوبر". DigiTimes . تم الاسترجاع في 10 أبريل 2018 .
  29. ^ "فائض البولي سيليكون من المتوقع أن يؤدي إلى تآكل الأسعار، كما يقول المحلل". EETimes Asia . تم الاسترجاع في 10 أبريل 2018 .
  30. ^ "مصنعو البولي سيليكون الشمسي يواصلون إنتاجهم رغم الخسائر". مجلة SolarIndustryMag . 2 أكتوبر 2012 . تم الاسترجاع في 10 أبريل 2018 .
  31. ^ أبحاث الأسهم في كوميرزبنك، روبرت شرام، لورين ليكوانان: نموذج ردود الفعل على مؤتمر السيليكون الشمسي . 28 أبريل 2010
  32. ^ سيتي جروب جلوبال ماركتس، تيموثي لام: نظرة آسيا للطاقة الشمسية – مايو 2010 ، 3 مايو 2010
  33. ^ http://www.wacker.com الأسئلة الشائعة حول WACKER TENNESSEE، 2015
  34. ^ "EANS-News: Wacker Chemie AG / POLYSILICON FACILITIES START UP AT WACKER'SBURGHAUSEN SITE". presseportal.de . 21 أبريل 2010 . تم الاسترجاع في 10 أبريل 2018 .
  35. ^ "404 Not Found". www.ldksolar.com . مؤرشف من الأصل في 11 أبريل 2018 . تم الاسترجاع 10 أبريل 2018 . {{cite web}}: استشهد باستخدام عنوان عام ( مساعدة )
  36. ^ “Solarserver | Das Internetportal für erneuerbare Energien”. مؤرشفة من الأصلي بتاريخ 2011-06-09 . تم الاسترجاع 2011/08/06 .
  37. ^ "TOKUYAMA:نبذة عنا:أنشطة الأعمال:قسم أعمال المنتجات المتخصصة:المواد الإلكترونية". مؤرشف من الأصل في 2011-04-06 . تم الاسترجاع في 2011-04-03 .
  38. ^ "نسخة مؤرشفة" (PDF) . مؤرشفة من الأصل (PDF) في 2010-12-15 . تم استرجاعها في 2011-04-03 .{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)
  39. ^ "404 - لم يتم العثور على الصفحة: SunEdison Semiconductor". www.memc.com . تم الاسترجاع في 10 أبريل 2018 . {{cite web}}: استشهد باستخدام عنوان عام ( مساعدة )
  40. ^ "Samsung Fine Chemicals And MEMC Sign Polysilicon Joint Venture Convention". www.chemicalonline.com . تم الاسترجاع في 10 أبريل 2018 .
  41. ^ “Solarserver | Das Internetportal für erneuerbare Energien”. مؤرشفة من الأصلي بتاريخ 2011-05-04 . تم الاسترجاع 2011/04/18 .
  42. ^ "Nitol Solar" (PDF) . RusTec . جامعة ولاية أريزونا. نوفمبر 2010. مؤرشف من الأصل (PDF) في 24 يناير 2023. تم الاسترجاع في 23 يناير 2023 .
  43. ^ "سلسلة قيمة الطاقة الشمسية - البولي سيليكون". www.greenrhinoenergy.com . تم الاسترجاع في 10 أبريل 2018 .
  44. ^ [1] [ رابط معطل ‍ ]
  45. ^ "بكين لير تخطط لمشروع بولي سيليكون بقيمة 1.4 مليار يوان في خنان". بلومبرج . 12 يوليو 2011.
  46. ^ جلف تايمز راس لفان تحصل على مصنع للبولي سيليكون بقيمة مليار دولار
  47. ^ "PVinsights". www.pvinsights.com . تم الاسترجاع في 10 أبريل 2018 .
  48. ^ "انخفاض أسعار سلسلة توريد الطاقة الشمسية الكهروضوئية وسعر البولي سيليكون قد ينخفض ​​بسبب عوامل أخرى". أرشيف من الأصل في 2011-05-20 . تم الاسترجاع في 2011-05-20 .
  49. ^ DIGITIMES (23 نوفمبر 2012). "تسجيل الدخول إلى أرشيف DIGITIMES والبحث". www.digitimes.com . تم الاسترجاع في 10 أبريل 2018 .
  50. ^ "الصين تفرض رسومًا على البولي سيليكون من الولايات المتحدة وكوريا الجنوبية". بلومبرج . 18 يوليو 2013. مؤرشف من الأصل في 2017-03-14 . تم الاسترجاع 14 مارس 2017 .
  51. ^ "شركات الطاقة الشمسية تترك وراءها نفايات في الصين". واشنطن بوست . 9 مارس 2008. تم استرجاعه في 8 مارس 2015 .
تحتوي ويكيميديا ​​كومنز على وسائط متعلقة بـ خلايا شمسية من السيليكون متعدد البلورات .
  • آلان جوك (10 نوفمبر/تشرين الثاني 2006). "فخ الرمال: هل يؤدي نقص السيليكون إلى إعاقة نمو صناعة الطاقة الشمسية؟". مجلة بلنتي .
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Polycrystalline_silicon&oldid=1262769267"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate