DE2704367A1

DE2704367A1 - Verfahren zum herstellen von scheibenfoermigen siliciumkoerpern, insbesondere fuer solarzellen

Info

Publication number: DE2704367A1
Application number: DE19772704367
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Rer Nat Keller
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1977-02-02
Filing date: 1977-02-02
Publication date: 1978-08-03

Description

Verfahren zum Herstellen von scheibenförmigen Siliciumkörpern,
insbesondere für Solarzellen. ~ ~ Die Hauptanmeldung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von scheibenförmigen Siliciumkörpern, wie 3ie insbesondere für Solarzellen verwendet werden, bei dem zunächst polykristallines Silicium aufgeschmolzen und durch Walzen in die Form eines die gewünschte Dicke der scheibenförmigen Siliciumkörper aufweisenden Bandes zum Erstarren gebracht und dann dieses Band entsprechend den gewünschten Abmessungen der Siliciumkörper zerteilt wird.
Bei dem in der Hauptanmeldung beschriebenen Verfahren entstehen Siliciumbänder bzw. -scheiben, welche bezüglich ihrer Kristallstruktur eine nur mäßige Kristallperfektion aufweisen. Um die in den gewalzten Siliciumkörpern auftretenden gestörten Kristallstrukturen auszuheilen bzw. zu regenerieren, ist in der DT-PS 1.155.916 bereits vorgeschlagen worden, diese Körper einem Temperprozeß bei hohen Temperaturen (größer 11000C) auszusetzen. Dadurch wird eine Verbesserung der Kristallperfektion erreicht und es werden damit höhere Wirkungsgrade bei den aus diesen Bändern gefertigten Bauelementen erzielt.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrundeliegt, besteht in einer weiteren Verbesserung der Kristallperfektion in Richtung Kornvergrößerung von durch Walzen hergestellten Siliciumbändern.
Diese Aufgabe wlrd dadurch gelöst, daß der gewalzte Siliciumkörper vor oder nach der Zerteilung in einem Autoklaven einer Druckbelastung von größer 500 bar bei gleichzeitiger Wärmeeinwirkung ausgesetzt wird.
Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß die durch das Walzen im Kristallinneren entstandenen sehr zahlreichen kleinen Gitterverbände durch die Druckanwendung und die gleichzeitig zugeführte Wärme wieder zusammengebracht werden und dadurch eine Kornvergrößerung herbeigeführt wird.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß der Druck im Autoklaven auf einen Bereich von 1 kbar bis 100 kbar eingestellt wird.
Dabei kann der Druck im Autoklaven hydraulisch erzeugt oder auch durch ein Silicium nicht benetzendes Metall, welches vorzugsweise geschmolzen wird, hergestellt werden. Wichtig ist, daß der Ausdehnungskoeffizient des verwendeten Metalles wesentlich größer als der vom Silicium und der des Autoklavenmaterials ist.
In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, das gewalzte Siliciumband während der Druckbelastung auf einer Temperatur im Bereich von 700 - 14000C (Schmelzpunkt Silicium 14300C) zu halten. Dabei wird die Temperatur von außen mittels eines den Autoklaven umgebenden Widerstandsofens erzeugt. Die Dauer der Druckbelastung wird auf mindestens 30 Minuten eingestellt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den in der Zeichnung befindlichen Figuren 1 und 2 noch näher erläutert.
In Fig. 1 befindet sich auf einer wärmeisolierenden Unterlage 7 ein mit einem Widerstandsofen 2 all#seitig umschlossener Autoklav 3 aus Titan, in dessen Inneren die gewalzten Siliciumkörper 4 dicht gepackt ibereinander gestapelt sind. Dieser Siliciumkörperstapel 4 wird über einen aus Aluminiumoxyd bestehenden Block 5 mit einem Druckstempel 6 belastet und für eine Zeitdauer von 60 Minuten ein Druck p von etwa 5 kbar eingestellt. Während dieser Druckbelastung werden die Siliciumkörper 4 durch den Widerstandsofen 2 auf ca. 10000C aufgeheizt.
Fig. 2 zeigt schematisch die Druckerzeugung auf den Siliciumstapel 14 durch Erhitzen mittels eines festen bzw. flüssigen Metalls 8 im geschlossenen Autoklaven 13. Im Ausführungsbeispiel wird ein Autoklav 13 aus Titan (#= 9 10-6/°c ) und als Druck erzeugendes Metall 8 Blei (α= 28 ~ 10-6 verwendet. Durch die Wärmeeinwirkung (y12000C) geht das Blei in den geschmolzenen Zustand über und bewirkt eine erhebliche Druckerhöhung gegenüber dem festen Zustand. Der Widerstandsofen ist mit dem Bezugszeichen 12, die wärmeisolierende Unterlage mit 17 bezeichnet. Der Autoklav 13 besteht aus einem Topf- 15 und einem Deckelteil 16, welche durch Schraubverbindungen 18 verbunden sind.
Das Verfahren nach der Lehre der Erfindung ist besonders gut geeignet für die Herstellung von Solarzellen aus kristallinem Silicium, die z. Zt. noch wegen ihrer Kornetruktiar nur ingenügende Energieausbeuten liefern. Das Verfahren ist aber ebenso anwendbar für alle anderen Materialien mit körnigem Kristallgefüge, bei denen eine Kornvergrößerung angestrebt wird.
2 Figuren 9 Patentansprüche L e e r s e ite

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1.

Verfahren zum Herstellen von scheibenförmigen Siliciumkörpern, wie sie insbesondere für Solarzellen verwendet werden, bei dem zunächst polykristallines Silicium aufgeschmolzen und durch Walzen in die Form eines die gewünschte Dicke der scheibenförmigen Siliciumkörper aufweisenden Bandes zum Erstarren gebracht wird und dann dieses Band entsprechend den gewünschten Abmessungen der Siliciumkörper zerteilt wird, nach Patent . (DT-os 25.08.369 = VPA 75 P 1021), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß der gewalzte Siliciumkörper vor oder nach der Zerteilung in einem Autoklaven einer Druckbelastung von größer 500 bar bei gleichzeitiger Wärmeeinwirkung ausgesetzt wird.
2.) Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Druck im Autoklaven auf einen Bereich von 1 kbar bis 100 kbar eingestellt wird.
3.) Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Druck im Autoklaven hydraulisch erzeugt wird.
4.) Verfahren nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Druck durch ein Silicium nicht benetzendes Metall erzeugt wird, dessen AusdehnungskoeffizientOC wesentlich größer als der vom Silicium und der des Autoklavenmaterials ist.
5.) Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Metall im geschmolzenen Zustand den Druck erzeugt.
6.) Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß zur Druckerzeugung Blei zum Schmelzen gebracht wird.
7.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das gewalzte Siliciumband während der Druckbelastung auf einer Temperatur im Bereich von 700 bis 14000C gehalten wird.
8.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Temperatur mittels eines den Autoklaven umgebenden Widerstandsofens erzeugt wird.
9.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Druckbelastung mindestens 30 Minuten aufrechterhalten wird.