Das Czochralski-Verfahren, benannt nach seinem polnischen Erfinder Jan Czochralski, ist ein wichtiges Verfahren zur Herstellung von monokristallinen Silizium-Wafern, die wiederum die Basis für hocheffiziente Solarzellen bilden.
Der Prozess im Detail:
- Schmelzen des Halbleitermaterials: In einem Tiegel wird hochreines Silizium unter Vakuum oder Schutzgasatmosphäre aufgeschmolzen. Die Temperatur liegt dabei deutlich über dem Schmelzpunkt von Silizium (ca. 1414 °C).
- Impfkeim und Ziehprozess: Ein rotierender und langsam aus der Schmelze gezogener Impfkeim aus monokristallinem Silizium dient als Ausgangspunkt für die Kristallbildung. Der Impfkeim taucht in die Schmelze ein und zieht beim Herausziehen flüssiges Silizium an sich.
- Kristallwachstum: Durch die Dreh- und Ziehbewegung des Impfkristalls und die langsame Abkühlung der Schmelze erstarrt das anhaftende Silizium in der gleichen Kristallstruktur wie der Impfkeim. Es entsteht ein monokristalliner Silizium-Barren, auch Ingot genannt.
- Herstellung von Wafern: Der rohe Silizium-Barren wird in Scheiben, sogenannte Wafer, geschnitten und poliert. Diese Wafer bilden die Grundlage für die spätere Herstellung von Solarzellen.
Vorteile des Czochralski-Verfahrens:
- Hohe Kristallqualität: Das Czochralski-Verfahren ermöglicht die Herstellung von monokristallinen Silizium-Wafern mit hoher Reinheit und Defektarmut.
- Große Waferformate: Durch den Ziehprozess können große Waferformate hergestellt werden, die für die Produktion von hocheffizienten Solarzellen ideal sind.
- Etablierte Technologie: Das Czochralski-Verfahren ist ausgereift und industriell etabliert.
Nachteile des Czochralski-Verfahrens:
- Hohe Energiekosten: Der Prozess ist energieintensiv und erfordert hohe Temperaturen.
- Hohe Materialkosten: Hochreines Silizium ist ein teurer Rohstoff.
- Entstehung von Siliziumschrott: Bei der Herstellung fallen große Mengen Siliziumschrott an.
