DE3322685A1 - Verfahren zur herstellung eines bandes aus polykristallinem silizium - Google Patents
Verfahren zur herstellung eines bandes aus polykristallinem siliziumInfo
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Description
VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES BANDES AUS POLYKRISTALLINEM SILIZIUM
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Bands aus polykristallinem Silizium für Photozellon
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Herstellung von polykristallinen Siliziumplättchen für Photozellen ist es bekannt, Rohlinge aus Silizium zu zersägen.
Dieses Verfahren ist aber langwierig und teuer und führt zu Siliziumplättchen einer Dicke, die wesentlich größer ist,als
es für die lichtelektrische Umwandlung nötig wäre.
Aus der FR-PS 2 386 359 ist ein Verfahren bekannt, bei dem
ein Kohlenstoffband in senkrechter Richtung ein Bad aus geschmolzenem
Silizium durchläuft. Man erzielt damit ein Band, das leicht zu zerschneiden ist und aus einem Kohlenstoffträger
mit beidseitiger Beschichtung durch polykristallines Silizium besteht. Aus diesem Band kann man Plättchen für Solar-Photozellen
herstellen, bei denen der Kohlenstoffträger erhalten bleibt.
Bei diesen Plättchen kann aber der lichtelektrische Wirkungsgrad durch die Kennwerte des elektrischen Kontakts zwischen
dem Silizium und dem Kohlenstoffträger begrenzt sein. Außerdem benötigen diese Plättchen eine ganz spezielle Technologie
bei der Herstellung der Photozellen, und zwar aufgrund des Kohlenstoffträgers.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein dünnes, trägerfreies Band herzustellen, das nur aus polykristallinem Silizium besteht.
Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren gelöst. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung wird auf die Unteransprüche vorwiesen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mithilfe der Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Fertigungsstraße zur Herstellung von Siliziumbändern nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Querschnitt durch das Band während eines Verfahrensstadiums.
In Fig. 1 ist eine Vorratsrolle 1 für Kohlenstoffbänder gezeigt,
die sich koaxial in einer zylindrischen Kassette 2 mit horizontaler Achse befindet. Dieses Band besteht im wesentlichen
aus Graphit und besitzt eine. Oberflächenschicht aus lamellenförmigem Pyrokohlenstoff, der mit dem geschmolzenen
Silizium nicht reagiert. Das freie Ende des Kohlenstoffbandes 4 ragt aus einer seitlichen Öffnung 3 der Kassette 2 hervor.
Dieses Ende wird horizontal kontinuierlich in seiner Längsrichtung verschoben, so daß die Rolle 1 abgerollt wird, beispielsweise
mithilfe eines nicht dargestellten Fließbandes. Das Band 4 wird dann durch ein Quarzrohr 5 mit rechteckförmigem
Querschnitt hindurchgezogen,in dem mehrere Bearbeitungsstationen hintereinander angeordnet sind. So durchquert das
Band 4 zuerst eine Station, in der eine elektrische Wicklung 6, die das Rohr 5 umgibt, eine Heizquelle für einen Vorheizungsofen
7 bildet. Das Rohr wird von einem Fluß eines neutralen Gases wie z.B. Argon durchströmt, das in den Ofen 7
von der Kassette 2 gemäß einer Richtung 8 hineingeblasen wird. Im Ofen 7 gelangt das Band 4 auf eine Temperatur, die im wesentlichen
gleich der Schmelztemperatur des Siliziums gewählt ist.
Das Band 4 durchläuft dann eine zweite Station, die aus einem Ofen 9 besteht. Das Rohr ist in diesem Ofen 9 von elektrischen
Ho!/.widerständen in ungleichmäßiger Verteilung umgeben, derart,
daß man einen senkrechten Temperaturgradienten erhält, d.h., daß die Temperatur von unten nach oben im Ofen 9 abnimmt.
Selbstverständlich durchströmt das Gas, das den Ofen/durchquert
hat, auch den Ofen 9. In einer Variante wäre es auch möglich, die Heizwiderstände oben und unten im Ofen 9 gleichmäßig
zu verteilen, und dafür einen Argon-Kühlstrom durch den oberen Teil des Ofens 9 zu leiten, um den gewünschten
Temperaturgradienten zu erhalten.
In die obere Wand des Ofens 9 ist ein Trichter eingelassen, in den in Richtung eines Pfeils 11 Silizium in achmelzflässiger
Form hineingeschüttet wird. Das den Trichter 10 verlassende Silizium legt sich auf die Oberseite des Bandes 4 und wird
zunehmend abgekühlt, so daß sich eine Schicht aus kristallisiertem Silizium 13 einer konstanten Dicke beim Durchlauf
des Bandes durch den Ofen 9 bildet.
Fig. 2 zeigt, wie die Kristallisation in der Schicht 13 fortschreitet.
Der Temperaturgradient im Ofen ist so festgelegt, daß die übergangsebene 14 zwischen kristallisiertem Silizium
13 und flüssigem Silizium 12 um einen Winkel A bezüglich der Ebene des Bandes 4 geneigt ist. Diese Ebene 14 pflanzt sich
in Richtung des Pfeils 15 mit einer Geschwindigkeit ν fort, die mit der Ziehgeschwindigkeit u des Bandes über folgende
Beziehung verbunden ist
ν = u sin A
Die Kristallisationsgeschwindigkeit 22 in Höhe der Oberseite der Schicht 13 ist in umgekehrtem Sinne gleich der Geschwindigkeit
u, mit der das Band gezogen wird. Der Winkel A ist verhältnismäßig klein, so daß die Ziehgeschwindigkeit u sehr
groß im Vergleich zur Wachstumsgeschwindigkeit ν ist. Daraus ergibt sich ein bestimmter Temperaturgradient in Richtung des
Pfeils 16 und die Notwendigkeit, Wärme über die freie Oberfläche der Schicht entlang den Pfeilen 17 abzuführen. Der
Temperaturgradient ist wesentlich geringer, als wenn der Kristall senkrecht gezogen würde unter Berücksichtigung derselben
Ziehgeschwindigkeit u. Die thermischen Spannungen in
O O L L KJ U vJ
der Schicht sind hier also geringer als bei einem senkrechten Ziehverfahren.
Anstatt flüssiges Silizium in einen Trichter 10 einzufüllen, wie in Fig. 1 gezeigt, ist es auch möglich, auf der Oberseite
des Bandes 4 Silizium in Pulverform aufzubringen. In diesem
Fall schmilzt das Pulver, sobald es die Oberseite des Bandes berührt. Die Kristallisation erfolgt dann wie oben angegeben.
Um die Kontrolle des Kristallisationsprozesses zu erleichtern, kann es vorteilhaft sein, den Ofen 9 leicht zur Waagerechten
zu neigen.
Am Ausgang des Ofens 9 durchläuft das aus dem Kohlenstoffband
und der Siliziumschicht 13 bestehende Band eine weitere static in der ebenfalls Heizwicklungen vorgesehen sind und Sauerstoff
entlang des Pfeils 18 durch die Wand des Rohres 5 in dieses eingeblasen wird. Dies ist eine Verbrennungsstation 19, in
der das Kohlenstoffband unter der Siliziumschicht verbrannt wird.
Am Ausgang des Ofens 19 bleibt also nur noch ein Band aus Silizium 20 übrig, das von einem nicht dargestellten Transportband
übernommen wird. Auf diesem Band gelangt die Schicht in eine vierte Station, die aus einem Ofen 21 zur kontrollierten
Abkühlung des Siliziumbandes besteht.
Fall·« das so erhaltene Band für die Herstellung von Photozellen bestimmt ist, kann die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung außer
dem nach dem Ofen 21 eine Station zum Zerschneiden des Bandes in Plättchen und eine Station zur Desoxidation der Plättchen
aufweisen. Letztere werden dann zum Fließband für die Herstellung der Photozellen transportiert. Das Zerschneiden des
Bandes kann mithilfe eines Laserstrahls und die Desoxidation durch eine Behandlung mithilfe eines Plasmas erfolgen.
3327685
-Ί -
Das oben beschriebene Verfahren besitzt zahlreiche Vorzüge :
Mit diesem Verfahren ist es möglich, gerade soviel Silizium
zu verwenden, wie für die Herstellung sehr dünner Bänder benötigt wird, d.h. von Bändern einer Dicke unter 100 μΐη. Das
Verfahren läuft kontinuierlich ab und integriert sich ohne Schwierigkeiten in eine Fließbandfertigung mit großer Ziehgeschwindigkeit,
d.h. größer als 0,5 m/min. Man kann mehrere Bänder parallel in demselben Quarzrohr mit rechteckförmigem
Querschnitt ziehen. Wenn man beispielsweise drei Bänder einer Breite von 10 cm parallel hat, und die Ziehgeschwindigkeit
0,5 m/min ist, dann bekommt man eine Produktionskapazität pro Maschine von 1500 cm2/min.
Die Siliziumbänder unterliegen nur sehr geringen thermischen und thermoelastischen Spannungen.
Das Abbrennen des Kohlenstoffbandes erfolgt unmittelbar nach
dem Aufbringen der Siliziumschicht, d.h. vor der Abkühlung der abgeschiedenen Siliziumschicht; dadurch vermeidet man die
Beeinträchtigung dieser Schicht durch die thermischen Spannungen, die im Lauf der Abkühlung zwischen der Siliziumschicht
und dem Kohlenstoffband auftreten können. Außerdem kann bei dem Abbrennen des Kohlenstoffbandes die Oberflächenverunreinigung
beseitigt werden. Das erhaltene Produkt besitzt eine bedeutende Korngröße, wie sie für einen hohen lichtelektrischen
Wirkungsgrad, beispielsweise größer als 11%, nötig ist.
Das Verfahren ist besonders einfach und erlaubt eine Verringerung der Kosten pro Quadratmeter der Siliziumbänder.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann nicht nur zur Herstellung
von Photozellen verwendet werden, sondern ganz allgemein für die Herstellung von polykristallinen Siliziumplättchen großer
Abmessung, beispielsweise Plättchen von 20 χ 20 cm, Verwendung
finden. ι
. - 3 ■ Leerseite
Claims (1)
- COMPAGNIE GENERALE D ' IiLECTIUClTK ;.5.A. 54, rue La Boetie, F - 7 5382 I1ARIS dinIiX 0 8VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES BANDES AUS POLYKRISTALLINEM SILIZIUMPATENTANSPRÜCHE1 - Verfahren zur Herstellung eines Bands aus polykristallinem Silizium für Photozellen, demgemäß ein Substrat aus Kohlenstoff auf eine Temperatur im wesentlichen gleich der Schmelztemperatur des Siliziums vorgeheizt und im wesentlichen waagerecht fortbewegt wird, worauf Silizium auf die Substratoberseite aufgebracht wird und somit eine gleichmäßig dicke Schicht aus geschmolzenem Silizium auf dieser Substratoberseite gebildet wird, wobei ein senkrechter Temperaturgradient vorherrscht, durch den eine von oben nach unten fortschreitende Abkühlung der Siliziumschicht erfolgt, dadurch gekennze ichnet, daß das Kohlenstoffsubstrat aus einem in seiner Längsrichtung fortbewegten Band besteht und in einem ersten Ofen (7) vorgeheizt wird, während das Aufbringen des Siliziums in einem zweiten Ofen (9) erfolgt, wobei das Kohlenstoffband (4) in neutraler Atmosphäre nacheinander durch die beiden Öfen läuft, und daß unmittelbar nach dem Aufbringen des Siliziums auf das Band am Ausgang des zweiten Ofens (9) das Substrat verbrannt wird.2 - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Silizium in Form von schmelztlüssigem Silizium auf die Oberseite des Bandes aufgebracht wird.3 - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Silizium in Pulverform auf die Oberseite des Bandes aufgebracht wird.4 - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenstoffband, das die aufgebrachte Siliziumschicht
trägt, in Sauerstoffatmosphäre verbrannt wird.5 - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Verbrennen des Kohlenstoffbandes das Siliziumband zunehmend abgekühlt wird.6 - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Band während des Durchlaufs durch den zweiten Ofen leicht bezüglich einer horizontalen Ebene geneigt ist.
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