O’quv materiallari ma’ruzalar matni mavzu-1: Kirish. Kursning vazifasi. Quyosh elementlarining xalq xo’jaligida qo’llanilishi. Quyosh nurlanishi. Reja

11-mavzu: Quyosh elementlari olishning asosiy texnologik jarayonlari. Monokristalli kremniyni o’stirish.

Reja:

1. Kremniyli quyosh elementlarining elektrik parametrlari.

2. Zangori rang quyosh elementlarining parametrlari.

3. Tekustirlangan elementning vazifasi.

4. Tekustirlangan elementning yuza qatlami qanday tayyorlanadi.

5. p-n o’tishli quyosh elementining uig’ish koeffisentining spectral bog’lanishi.

Kremniy so’zi lotinchadan silex so’zidan olingan bo’lib, kremli qum degan ma’noni anglatadi. Yer shari qatlamining taxminan 20% ni kremniy tashkil etadi. U asosan SiO₂ shaklida keng tarqalgan. Hozirgi paytda elementar kremniy ishlab chiqarishda keng qo’llanilmoqda. Monokristallarni o’stirish texnologiyasining rivojlanishi, elementar kremniyni infraqizil nurlanishdan o’tkazishdan boshlanadi. Kremniy yengil element, erish temperaturasigacha plastik va u kimyoviy ta’sirga chidamli. Kremniyning sirtida havoda 1 – 2 nm qalinlikda SiO₂ hosil bo’ladi va qalinlik 5 – 6 nm gacha o’sishi mumkin. Kremniy ko’pgina kislotalarning ta’siriga moslashmagan. Masalan, HF+HNO₃ aralashmada yemiriladi. Material yengil optik polirovka qilinadi. Oddiy qum yuqori toza kremniyga aylanguncha quyidagi etaplarni bosib o’tadi:

1. 
   SiO₂ dan elektr yoyli grafitli elektrod pech yordamida Si tiklanadi
   
2. 
   Oraliq kimyoviy mahsulot olish, M: uch-xlorsilan
   
3. 
   Distillyasion yoki boshqa yo’l bilan tozalash
   
4. 
   Yuqori toza sharoitda oraliq kimyoviy mahsulotni toza kremniyga aylantirish
   
5. 
   Kristall o’stirish uchun sharoit yaratish, formaga solish.
   
6. 
   Kristall o’stirish, ayrim kirishma segregatsiyasi uchun qo’shimcha tozalash
   

Bu etaplardan keyin kirishma konsentrasiyasi 1–10 taxminan 10^-7 % gacha kamayadi. Optik spektral tahlil shunday chuqurlikdagi konsentrasiyani o’lchash uchun mos emas. Shuning uchun, juda aniq usullardan foydalaniladi: M: mass – spektroskopiya yoki neytron aktivatsion analiz. Ko’pincha kirishmalarning maksimal konsentrasiyasini baholash uchun kristallda yoki tayyor asboblarda elektr xossalari o’rganiladi. Asosan davriy jadvalidagi III va V guruh elementlari kremniyga legirlanadigan kirishmalar hisoblanadi. Shuningdek, Au, Cu, Fe kirishmalari effektiv rekombinasion markazlar hosil qiladi, nomuvozanat zaryad tashuvchilar yashash vaqti keskin kamayadi. Elektr yoyli pech yordamida Si hosil qilishdan ishlab chiqarishda keng qo’llaniladi. Bu usul bilan 98– 99 % gacha toza kremniy olish mumkin. Kristall o’stirishda kristallanish termodinamik muvazanat sharoitiga yaqin bo’lishi kerak. Kristallarni o’stirish usulini uchta katta guruhga birlashtirish mumkin.

1. 
   Bir komponentali sistemalar. Bunda material xususiy suyuq yoki bug’ fazoda kristallanadi.
   
2. 
   Ko’p komponentali sistemalar. Material zich aralashmalarni sovitish natijasida kristallanadi. Masalan; Si aralashmasidan In gacha.
   
3. 
   Kimyoviy boshqariladigan ko’p komponentali sistemalar. Material bug’ yoki suyuq fazada reaksiya natijasida kristallanadi. Masalan; pirolitik reaksiya natijasida SiH₄  Si + 2H₂
   

Suyuq fazada kristallni o’stirishda, o’sish tezligi ikkita asosiy faktor orqali aniqlanadi. Ulardan asosiysi, kristallanishning yashirin issiqligidan voz kechish, ikkinchisi suyuqlikda joylashgan atomlarning diffuziya uchun kristall uchastkasida mos keluvchi vaqti. Diffuziya vaqti turli kristallografik yoqlar uchun turlichadir.

Quyida quyosh elementlari tayyorlash uchun texnologik zanjir ko’rsatilgan.

1. 
   Kremniyli slitkani nazorat qilish (slitka diametrini 15 sm gacha oshirish, uzunligini 0,5 metrgacha).
   
2. 
   Plastinkalarga bo’lish (qalinligi odatda 0,5 qirqilganda 0,2 mm kesishda nuqsonlar hosil bo’ladi. Bu polirovka yoki yemirish yo’li bilan yo’qotiladi)
   
3. 
   Tozalash.
   
4. 
   Mexanik polirovka (kimyoviy polirovka).
   
5. 
   Yemirilish. (Masalan: 110 ^oC temperaturada 40%) aralashmada NaOH + H₂O polirovka qilib, keyin yemiriladi).
   
6. 
   Oxirgi tozalash. (navbatdagi tozalash HCl - H₂O yoki HF da yuvish).
   
7. 
   Ikki tomonlama fosforli diffuziya. (PH₃+A₂+O₂ gaz aralashmasidan 865 ^oC temperaturada 15 minut).
   
8. 
   Hosil bo’lgan oynali qatlamni HF kislotasi yordamida olib tashlash.
   
9. 
   50 nm qalinlikdagi Al ni (orqa tomoniga) bug’lantirish.
   
10. 
    Al ni diffuziya qilish (p⁺ qatlam hosil qilish) 800 ^oC temperaturada 15 minut.
    
11. 
    Fotolitografiya yo’li bilan tok tushirish yo’lini chizib olish.
    
12. 
    Ti, Pd, Ag larni yuza va orqa tomonlariga bug’lantirish.
    
13. 
    Hosil bo’lgan maskani yo’qotish.
    
14. 
    550 ^oC temperaturada 10 minut mobaynida kontaktlarni oxirgi qizdirish.
    
15. 
    Pripoyga botirish.
    
16. 
    Yorituvchi qatlamni qamal qilish va 450 ^oC temperaturada 1 minut qizdirishga qo’yish.
    
17. 
    To’g’ri burchakli qirqish.
    
18. 
    Sifatini nazorat qilish va quyosh batareyalarini tayyorlash.