BR112016005004B1 - Método para aumentar o rendimento de lingotes de silício - Google Patents
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Abstract
LINGOTES DE SILÍCIO MULTICRISTALINOS DIRECIONALMENTE SOLIDIFICADOS, LIGA MESTRE DE SILÍCIO, MÉTODOS PARA AUMENTAR O RENDIMENTO DE LINGOTES DE SILÍCIO MULTICRISTALINOS SOLIDIFICADOS DIRECIONALMENTE E PARA PREPARAR UMA LIGA MESTRE DE SILÍCIO, E, USO DE UMA LIGA MESTRE. A presente invenção se refere a um lingote de silício multicristalino direcionalmente solidificado com zona vermelha minimizada e assim propriedades elétricas e rendimento aumentados. O lingote compreende cálcio elementar adicionado a uma massa em fusão de silício em uma quantidade selecionada de pelo menos uma das faixas: 5-9,99 ppm em peso, 10-500 ppm em peso ou 500-550 ppm em peso. A invenção reivindicada também se refere a uma liga mestre de silício, um método para aumentar o rendimento de lingotes multicristalinos direcionalmente solidificados, um método para preparar uma liga mestre de silício e o uso de uma liga mestre para aumentar o rendimento e as propriedades elétricas de um lingote.
Description
[0001] A presente invenção compreende uma composição de silício para o rendimento aumentado de lingotes de silício multicristalinos, e para aumentar a eficiência de células solares feitas de pastilhas cortadas dos lingotes de silício. Além disso, a presente invenção compreende um método para aumentar o rendimento quando a produção de lingotes de silício multicristalinos a partir de uma massa em fusão de silício por solidificação direcional. Além disso, a presente invenção compreende um liga mestre de silício e um método para a preparação da referida liga mestre de silício para adição à massa em fusão de silício para produzir lingotes de silício multicristalinos a fim de aumentar o rendimento de lingotes de silício multicristalinos para células solares, e para aumentar a eficiência de células solares feitas de pastilhas cortadas dos lingotes de silício.
[0002] Por solidificação direcional do silício para a produção de lingotes de silício multicristalinos uma assim chamada "zona vermelha" é formada ao longo da parte externa do lingote, na extremidade inferior do lingote e na extremidade do topo do lingote. A zona vermelha tem tipicamente 2-3 cm de espessura e pode ser distinguida por um tempo de vida curto por portadores minoritários. O tempo de vida de portadores minoritários na área da zona vermelha é medido para abaixo da exigência de qualidade de acima de 2 μs. A área de zona vermelha de lingotes direcionalmente solidificados é, portanto, normalmente cortada e, portanto, não usada para pastilhas para produção de células solares. A área da zona vermelha do lingote de silício multicristalino solidificado direcional reduz o rendimento do lingote. A zona vermelha aparece tanto em polissilício e em silício compensado (silício contendo boro e fósforo), embora a zona vermelha normalmente seja mais espessa no silício compensado do que em polissilício.
[0003] A razão da formação de zona vermelha na extremidade inferior, ao longo das paredes e na extremidade superior dos lingotes de silício solidificados direcionais, tem sido relacionada com diferentes tipos de defeitos; veja Y.Boulfrad: Investigation of the Red Zone of multicrystalline Silicon Ingots for Solar cells; Tese de Doutorado em NTNU, Noruega 2012: 84. O principal tipo de defeito é causado por difusão de Fe e S para o silício sólido a partir do cadinho e/ou do revestimento usado no cadinho. Outros defeitos, tais como deslocamentos e um efeito sinergístico entre os diferentes tipos de defeitos podem também estar presentes. Além disso, há uma tendência que as partículas estejam presentes perto da extremidade do topo dos lingotes de silício solidificados direcionais. A parte superior dos lingotes deve também por esta razão, ser cortada e limitando assim o rendimento.
[0004] A fim de aumentar o rendimento dos lingotes de silício é desejável minimizar ou evitar totalmente a formação da zona vermelha, em particular na extremidade inferior dos lingotes de silício o que aumentaria a parte útil dos lingotes de silício adequada para processamento de células solares e pastilhas. Seria ainda vantajoso se o teor de partículas próximo da extremidade superior do lingote de silício solidificado direcional pudesse ser reduzido.
[0005] A presente invenção é concebida para resolver ou pelo menos aliviar os problemas acima identificados. Especificamente, um objeto da presente invenção é para proporcionar um lingote de silício e um método no qual o rendimento na produção de lingotes de silício multicristalinos para células solares a partir de uma massa em fusão de silício é aumentado, melhorando as propriedades elétricas (tempo de vida dos portadores minoritários e a eficiência da célula solar) do lingote na zona vermelha e no volume do lingote.
[0006] A presente invenção compreende lingotes de silício multicristalinos direcionalmente solidificados, em que o referido lingote compreende cálcio elementar adicionada a uma massa em fusão de silício em uma quantidade selecionada de pelo menos uma das seguintes faixas: 5-9,99 ppm em peso, 10-500 ppm em peso, 500-550 ppm em peso. O rendimento do lingote de silício multicristalino direcionalmente solidificado é aumentado resultando em uma maior utilização do lingote quando cortado em pastilhas, aumentando assim o rendimento da pastilha. Além disso, uma composição de silício de acordo com a presente invenção em que o cálcio elementar é adicionado à massa em fusão de silício em uma quantidade selecionada de pelo menos uma das seguintes faixas: 5-9,99, 10-500, 10-250, 20-250, 10150, 20-150,10-100, 10-150 ppm em peso. A massa em fusão de silício é selecionada entre o polissilício e o silício compensado.
[0007] A presente invenção compreende uma liga mestre de silício para, adicional ao silício, ao fazer lingote de silício multicristalino direcionalmente solidificado aumentar o rendimento e as propriedades elétricas do lingote, em que a referida liga mestre de silício compreende cálcio elementar em uma quantidade selecionada de pelo menos uma das seguintes faixas: 0,5 -20% em peso, 1-15% em peso, 5-15% em peso, o restante sendo de alta pureza de silício.
[0008] Além disso, a presente invenção compreende uma liga mestre de silício por rendimento aumentado em lingotes de silício microcristalinos nos quais a referida liga mestre compreende silício cálcio elementar em uma quantidade selecionada de pelo menos uma das seguintes faixas: 0,5-20% em peso, 1-15% em peso, 5- 15% em peso, o restante sendo silício de alta pureza. Além disso, referida liga mestre de silício é opcionalmente adicionada a uma massa em fusão de silício, ao solidificar direcionalmente lingote de silício.
[0009] Além disso, um método para aumentar o rendimento de lingotes de silício multicristalinos direcionalmente solidificados também é compreendido na qual o cálcio elementar é adicionado à massa em fusão de silício em uma quantidade selecionada de pelo menos uma das seguintes faixas: 5-9,99 ppm em peso, 10-500 ppm em peso, 500 -550 ppm em peso, antes de submeter a massa em fusão de silício à solidificação direcional em um cadinho. Na presente invenção, o cálcio é adicionado à massa em fusão de silício em uma quantidade selecionada de pelo menos uma das seguintes faixas: 5-9,99, 10-500, 10-250, 20-250, 10-150, 20-150,10- 100, 10-150, 500550 ppm em peso.
[00010] A presente invenção compreende um método para preparar uma liga mestre de silício para aumentar o rendimento de lingotes de silício multicristalinos, em que o referido método compreende a adição de cálcio elementar a um silício fundido em uma quantidade selecionada de pelo menos uma das seguintes faixas: 0,5-20 % em peso, 1-15% em peso, 5-15% em peso, homogeneizar a liga resultante e solidificar a referida liga para fornecer referida liga mestre de silício. A referida liga mestre de silício é opcionalmente adicionada a uma massa em fusão de silício quando solidifica direcionalmente um lingote de silício.
[00011] A massa em fusão de silício que também deve ser entendida como silício fundido pode ser selecionada entre pelo menos um dos seguintes: uma massa em fusão de silício de pureza elevada, polissilício e silício compensado. De acordo com a invenção, a referida liga mestre de silício descrita acima é adicionada a uma carga compreendendo silício para produzir lingotes de silício multicristalinos com rendimento aumentado. Na presente invenção, os lingotes de silício com rendimento aumentado são produzidos por solidificação direcional de lingotes de silício multicristalinos a partir da referida massa em fusão de silício. A presente invenção também se refere ao uso de uma liga mestre compreendendo cálcio elementar em uma quantidade selecionada de pelo menos uma das seguintes faixas: 0,5-20% em peso, 115% em peso, 5-15% em peso, o restante sendo de silício de pureza elevada para direcionalmente solidificar lingote de silício multicristalinos para aumentar o rendimento e as propriedades elétricas do referido lingote.
[00012] A presente invenção refere-se assim a um método para minimizar ou remover a zona vermelha em lingotes de silício multicristalinos, em que cálcio elementar em uma quantidade entre 10 e 500 ppm em peso é adicionado ao silício antes que o silício seja submetido à solidificação direcional em um cadinho.
[00013] Além disso, a presente invenção refere-se a um método para minimizar ou remover a zona vermelha em lingotes de silício multicristalinos direcionalmente solidificados, nos quais o cálcio elementar é adicionado a uma massa em fusão de silício em uma quantidade selecionada de pelo menos uma das seguintes faixas: 5-9,99 ppm em peso, 10-500 ppm em peso, 500-550 ppm em peso antes de submeter o silício à solidificação direcional em um cadinho.
[00014] De acordo com uma forma de realização preferida, o cálcio elementar é adicionado ao silício em uma quantidade dentre 20 e 250 ppm em peso.
[00015] O cálcio elementar pode ser adicionado ao silício no cadinho para solidificação direcional antes do silício ser fundido ou após o silício ser fundido.
[00016] Verificou-se, surpreendentemente, que a adição de pequenas quantidades de cálcio elementar reduz substancialmente a extensão da zona vermelha em lingotes de silício multicristalinos direcionalmente solidificados.
[00017] O efeito de reduzir a zona vermelha por adição de cálcio elementar ao silício antes de verificar que a solidificação direcional é eficaz para o polissilício dopado com boro e para o chamado silício de pureza elevada compensado que contém boro e fósforo.
[00018] Uma parte mais curta da extremidade inferior do lingote de silício direcionalmente solidificado pode assim ser cortada antes da formação de pastilha, aumentando assim o rendimento dos lingotes. O mesmo é verdade para a extremidade superior do lingote e para os lados dos lingotes.
[00019] A Figura 1 é um diagrama que mostra a eficiência de células solares fabricadas de pastilhas cortadas da parte inferior de lingotes de A e B no Exemplo 1 como uma função de mm do fundo dos lingotes.
[00020] A Figura 2 é um diagrama que mostra a eficiência de células solares fabricadas de pastilhas cortadas da altura total de lingotes de A e B no Exemplo 1 como uma função de mm do fundo dos lingotes.
[00021] A Figura 3 é um diagrama que mostra a eficiência de células solares fabricadas de pastilhas cortadas da parte inferior de lingotes C e D no Exemplo 1 como uma função de mm do fundo dos lingotes.
[00022] A Figura 4 é um diagrama que mostra a eficiência de células solares fabricadas de pastilhas cortadas da altura total dos lingotes C e D no Exemplo 1 como uma função de mm do fundo dos lingotes.
[00023] A Figura 5 é um diagrama que mostra a eficiência de células solares fabricadas de pastilhas cortadas da parte inferior dos lingotes de E, F e G no Exemplo 2 como uma função de mm do fundo dos lingotes.
[00024] A Figura 6 é um diagrama que mostra a eficiência de células solares fabricadas de pastilhas cortadas da altura total dos lingotes de E, F e G no Exemplo 2 como uma função de mm do fundo dos lingotes.
[00025] A Figura 7 mostra uma imagem em IR de tijolo de um lingote G5 com adição de liga mestre de silício-cálcio para a direita e sem adição de liga mestre de cálcio-silício para a esquerda.
[00026] A figura 8 mostra varreduras do tempo de vida de um adjacente ao tijolo central de todos os quatro lados, a) para um lingote com 100% de polissilício virgem feito sem adição de liga mestre de silício-cálcio e tempo de vida médio 4,0 μs, b) para um lingote com 100% de ESS® com a adição de liga mestre de silício-cálcio e tempo de vida de 5.3 μs e c) para um lingote com 100% de ESS® com adição de liga mestre de silício-cálcio (fundo) e tempo de vida médio de 7,1 μs. A escala do tempo de vida varre de 0,4 a 8 μs.
[00027] A Figura 9 mostra a eficiência de células solares feitas a partir de pastilhas cortadas do tijolo central e tijolo de canto a partir de lingote G5 feito com adição de liga mestre de silício-cálcio em comparação com lingotes de referência (ao lado do tijolo central) de 100% de polissilício virgem e 100% de ESS® feitos no mesmo forno. Todas as pastilhas foram processadas no International Solar Energy Research Centre in Konstanz, Alemanha, (ISC).
[00028] "Cálcio" dentro do contexto da presente invenção, deve ser entendido como o cálcio elementar.
[00029] Em relação à presente invenção foi observado que a adição de cálcio para a carga de silício quando se produz lingotes de silício multicristalinos direcionalmente solidificados pode melhorar significativamente as propriedades de lingote, em particular a zona vermelha chamada (regiões de tempo de vida baixas) perto do cadinho, assim aumentar o rendimento do lingote. Em adição a intensificação das eficiências de célula de células solares a partir desta região foi observada de acordo com a presente invenção.
[00030] À medida que a temperatura de fusão do cálcio é muito mais baixa do que a temperatura de fusão do silício, um desafio ao adicionar cálcio elementar para a carga de silício é que o cálcio funde a uma temperatura mais baixa que o silício. Isto pode causar reações de cálcio fundido com o revestimento e o cadinho. Estas reações podem em alguns casos, resultam na aderência do lingote para o cadinho, o que pode levar à fissura do lingote. Em uma forma de realização da presente invenção, o cálcio elementar é adicionado como uma liga mestre de silício-cálcio contendo cálcio na faixa de 0,5-20% em peso. A liga mestre de silício-cálcio pode então ser adicionada à carga de silício na produção de lingotes de silício multicristalinos. A adição de cálcio na forma de um liga mestre de silício-cálcio de acordo com a presente invenção garantirá a fusão de cálcio perto da temperatura de fusão do silício. Em uma forma de realização da presente invenção, a adição de uma liga mestre de silício-cálcio para uma massa em fusão de silício para produzir lingotes de silício multicristalinos, garantirá uma adição simplificada de cálcio e resolver qualquer problema que a adição de cálcio elementar pode causar.
[00031] Quatro lingotes de silício multicristalinos direcionalmente solidificados A, B, C e D de 16 kg cada um é produzido ao mesmo tempo em um forno com quatro câmaras de solidificação. Isto significa que todos os quatro lingotes A a D foram produzidos exatamente sob as mesmas condições. O lingote A era um lingote de polissilício que foi dopado com boro para se obter uma resistividade entre 1 e 1,3 ohm cm, medido na extremidade inferior do lingote sem adição de cálcio. O lingote B foi um polissilício com adição de 40 ppm em peso de cálcio elementar, de acordo com a presente invenção. O lingote C foi silício compensado contendo boro e fósforo produzidos pela Elkem Solar AS, (ESS®), e tendo uma resistividade entre 1 e 1,3 ohm cm, medida na extremidade inferior do lingote. O lingote D foi silício compensado produzido por Elkem Solar AS, (ESS®), com adição de 40 ppm em peso de cálcio elementar, de acordo com a presente invenção.
[00032] A altura dos lingotes A a D foi de 145 mm e a área da seção transversal foi de 220 mm x 220 mm.
[00033] 5 milímetros foram cortados a partir da extremidade inferior dos lingotes A a D. Tal como acima referido, normalmente 3-5 cm são cortados a partir de lingotes usados para formação de pastilha. Os cortes normais foram realizados nos lados longos dos lingotes. A redução da zona vermelha poderia assim apenas ser demonstrada na parte inferior dos lingotes. As pastilhas foram cortadas ao longo da altura dos quatro lingotes A a D e processadas para células solares utilizando métodos de processamento convencionais e a eficiência de células solares foi medida. O resultado para a eficiência de células solares fabricadas de lingotes A e B é apresentado na Figura 1 e 2 e os resultados para lingotes C e D feitos de silício compensado produzido por Elkem Solar AS é mostrado nas Figuras 3 e 4.
[00034] A Figura 1 mostra a eficiência de células solares fabricadas de pastilhas cortadas da parte inferior dos lingotes A e B. Como mostrado na Figura 1, a eficiência de células solares fabricadas de pastilhas do lingote B (polissilício ao qual foram adicionados 40 ppm em peso de cálcio elementar), foi muito mais elevado do que para as células solares fabricadas de pastilhas da parte inferior do lingote A, que não continha cálcio elementar.
[00035] Pode ainda ser visto a partir da Figura 1 que as células solares fabricadas de pastilhas cortadas, apenas cerca de 5 mm do fundo do lingote B teve uma eficiência de quase 16%, enquanto uma célula solar feita de uma pastilha cortada de cerca de 10 mm do fundo do lingote A mostrou uma eficiência inferior a 15%.
[00036] Finalmente, pode ser visto na Figura 1 que as células solares feitas da parte inferior do lingote B atingiu cerca de 17% de eficiência para pastilhas cortadas de 15 mm da extremidade inferior do lingote, enquanto a mesma eficiência para células solares fabricadas de pastilhas do lingote A primeiro atinge 17% da eficiência quando cortadas cerca de 25 mm da extremidade inferior do lingote A.
[00037] A Figura 2 mostra a eficiência das células solares feitas de pastilhas cortadas ao longo da altura total do lingote A e do lingote B.
[00038] Pode ser visto da Figura 2 que as células solares fabricadas de pastilhas do lingote B têm uma alta eficiência ao longo da altura total do lingote.
[00039] A Figura 3 mostra a eficiência de células solares fabricadas de pastilhas cortadas a partir das partes inferiores dos lingotes C e D. Conforme ilustrado na Figura 3, as células solares fabricadas de pastilhas cortadas da extremidade inferior do lingote D (silício compensado produzido por Elkem AS com adição de 40 ppm em peso de cálcio elementar) mostram uma eficiência superior às células solares fabricadas de pastilhas a partir da extremidade inferior do lingote C (silício compensado produzido por Elkem AS sem adição de cálcio).
[00040] A Figura 4 mostra a eficiência de células solares fabricadas de pastilhas cortadas ao longo da altura total do lingote C e do lingote D. Pode observar-se que as células solares fabricadas de lingotes D a uma média têm uma eficiência superior que as células solares fabricadas de pastilhas cortadas ao longo da altura do lingote C.
[00041] Isto mostra que a adição de cálcio elementar não afeta negativamente a eficiência para células solares fabricadas de pastilhas cortadas a partir da parte principal dos lingotes mas no efeito tendem a aumentar a eficiência.
[00042] O aumento substancial em eficiência para células solares fabricadas de pastilhas cortadas na extremidade inferior dos lingotes B e D contendo 40 ppm em peso de cálcio elementar em comparação com a eficiência de células solares fabricadas de pastilhas cortadas a partir dos lingotes A e C, mostra que a adição de cálcio elementar para o silício, antes da solidificação direcional, diminui substancialmente a zona vermelha dos lingotes de silício, especialmente na extremidade inferior dos lingotes.
[00043] Três lingotes de silício multicristalinos direcionalmente solidificados E, F e G de 16 kg, cada um foi produzido no mesmo forno de quatro câmaras, como descrito no Exemplo 1. O lingote E foi feito de silício compensado contendo e boro e fósforo produzidos por Elkem Solar AS, (ESS®), tendo uma resistividade entre 1 e 1,3 ohm cm, medida no inferior do lingote. O lingote F foi silício compensado produzido por Elkem Solar, (ESS®), com adição de 100 ppm em peso de cálcio elementar de acordo com a invenção.
[00044] O lingote G foi polissilício com adição de 100 ppm em peso de cálcio elementar de acordo com a invenção e dopado com boro para obter uma resistividade entre 1 e 1,3 ohm cm, medida na extremidade inferior do lingote.
[00045] A altura e a seção transversal dos lingotes E a G foram as mesmas como descritas no Exemplo 1. Além disso, 5 mm foram cortados das extremidades inferiores dos lingotes E a G. Os cortes normais foram feitos a partir dos lados dos lingotes.
[00046] As pastilhas foram cortadas ao longo da altura dos lingotes E a G e processadas para células solares, utilizando métodos de processamento convencionais e a eficiência de células solares foi medida, e os resultados são mostrados na Figura 5 e 6.
[00047] A Figura 5 mostra a eficiência de células solares fabricadas de pastilhas cortadas da parte inferior de lingotes E, F e G. Como mostrado na Figura 5, a eficiência de células solares fabricadas de pastilhas de lingotes F (silício compensado ao qual foi adicionado 100 ppm em peso de cálcio elementar), e lingote L (polissilício ao qual foi adicionado 100 ppm em peso de cálcio elementar), foi muito mais elevado do que para as células solares fabricadas de pastilhas a partir da parte inferior do lingote, que não contêm cálcio. Pode ainda ser visto a partir da Figura 5 que as células solares feitas de pastilhas cortadas somente cerca de 5 mm a partir do fundo dos lingotes F e G tiveram uma eficiência maior que 16% para acima de 17%, enquanto as células solares feitas de pastilhas cortadas de cerca de 10 mm a partir do fundo do lingote E, mostrou uma eficiência abaixo de 15%.
[00048] Finalmente, pode ser visto a partir da Figura 5 que as células solares feitas a partir da parte inferior dos lingotes F e G atingiram cerca de 17% da eficiência para pastilhas cortadas apenas 5 mm a partir da extremidade inferior dos lingotes, enquanto a mesma eficiência para células solares feitas de pastilhas do lingote E primeiro atinge 17% da eficiência quando cortadas cerca de 25 mm a partir da extremidade inferior do lingote A.
[00049] A Figura 6 mostra a eficácia das células solares feitas a partir de pastilhas cortadas ao longo da altura total de lingotes E, F e G. Pode ser visto a partir da Figura 6 que as células solares fabricadas de pastilhas do lingote F e G têm uma alta eficiência ao longo da altura total dos lingotes, mesmo em direção ao topo dos lingotes. Para o lingote E a eficácia começa a diminuir a cerca de 65 mm da parte inferior do lingote.
[00050] O exemplo 2 mostra que a adição de 100 ppm em peso de cálcio elementar aumenta a eficiência da parte inferior dos lingotes substancialmente e até mesmo mais do que para as pastilhas do Exemplo 1 com adição de 40 ppm em peso de cálcio elementar.
[00051] Os exemplos 1 e 2 mostram claramente que a zona vermelha é mais ou menos eliminada com adição de cálcio elementar para o silício de acordo com a presente invenção. Os resultados também mostram que os cortes laterais e os cortes de topo mais finos podem ser feitos mantendo uma alta eficiência de células solares.
[00052] Um método foi inventado de acordo com a presente invenção para assegurar uma incorporação segura e conveniente de cálcio quando adicionado como um liga mestre de silício-cálcio a uma carga para produzir lingote de silício multicristalino direcionalmente solidificado. O cálcio é adicionado como uma liga mestre de silício-cálcio com teor de Si elevado (80-99,5% em peso).
[00053] Um método para adição de cálcio a uma massa em fusão de silício através de uma liga mestre é um método mais seguro e previsível para adição de cálcio.
[00054] O Exemplo 3 descreve um método para produzir um liga mestre de silício-cálcio de acordo com a presente invenção. A liga mestre de silício-cálcio e, como tal, o método para produzir a referida liga mestre deve ocorrer sob condições líquidas limpo e tem que exibir uma distribuição homogênea de cálcio.
[00055] O silício de pureza elevada, como Elkem Solar Silicon®, é fundido de preferência sob atmosfera inerte. O cálcio é adicionado à massa em fusão de silício em uma quantidade na faixa de 0,5-20% em peso. A carga fundida é então homogeneizada por mistura por agitação e depois solidificada. A solidificação deve ser realizada sob condições controladas cuidadosamente para assegurar um resfriamento rápido da carga fundida. Isto pode ser feito como uma peça fundida fina de baixa altura despejando a carga fundida em cadinhos de cobre resfriados. É de importância que o cálcio é homogeneamente distribuído na liga mestre moldada solidificada.
[00056] Várias liga mestres de silício-cálcio têm sido feitas por fusão da carga de silício puro e, subsequentemente, adição de cálcio à carga para obter uma liga que contém 0,5 a 20% em peso de cálcio. A liga mestre fundida é homogeneizada por alguns minutos e depois resfriada rapidamente. O nível de elementos de liga é de 0,5-20%. A liga mestre pode ser produzida em diferentes formas, por exemplo, como formas cilíndricas de 20-50 mm de diâmetro e de comprimento variando de 10-100 mm. Um tamanho típico da quantidade de liga mestre adicionada é de 100-300 g para um forno G5 de 400-500 kg.
[00057] Por atmosfera inerte, neste exemplo, deve ser entendido que a atmosfera inerte significa pelo menos um dos seguintes gases: nitrogênio, argônio.
[00058] No presente exemplo, a liga mestre é como mencionada resfriada bruscamente rapidamente que deve ser entendida como uma taxa de resfriamento de pelo menos 10°C/min, de preferência pelo menos 50°C/min ou maior.
[00059] Este exemplo refere-se à produção de lingotes de silício direcionalmente solidificados onde o cálcio é adicionado à massa em fusão de silício na forma de uma liga mestre de silício-cálcio. De acordo com a invenção, a adição de cálcio na forma de uma liga mestre de silício-cálcio, em que a percentagem de elemento de liga está na faixa de 0,5-20% em peso, foi testado em um lingote de tamanho G5 industrial. O lingote de tamanho G5 refere-se ao forno de lingote de geração 5 que é do conhecimento comum a um especialista na técnica. Ambos os lingotes de referência, de polissilício e silício compensado produzidos por Elkem Solar AS (ESS®), e um lingote de acordo com a presente invenção, foram produzidos no mesmo forno sob as mesmas condições. No lingote de acordo com a invenção, o silício compensado produzido por Elkem Solar AS (ESS®) foi usado com a adição de 150 gramas de uma liga mestre de silício-cálcio para a carga compreendendo o silício.
[00060] Os conteúdos de inclusão (partícula) nos lingotes de referência e no lingote de acordo com a invenção como revelado por imagens em IR na Figura 7 foram reduzidos no lingote onde a liga mestre de silício-cálcio tinha sido adicionada ao silício (a figura à direita comparada com o lingote sem a liga mestre como mostrado à esquerda na figura 7). A figura 8 mostra varreduras de tempo de vida de um adjacente ao tijolo central de todos os quatro lados, a) para um lingote com 100% de polissilício virgem feito sem adição de liga mestre de silício-cálcio e tempo de vida médio de 4,0 μs, b) para um lingote com 100% de ESS® com a adição de liga mestre de silício- cálcio e tempo de vida 5.3 μs e c) para um lingote com 100% de ESS® com adição de liga mestre de silício-cálcio (inferior) e tempo de vida médio de 7,1 μs. A escala da varredura de tempo de vida de 0,4 a 8 μs.
[00061] As pastilhas da mesma posição do tijolo foram processadas para células solares no ISC Konstanz no mesmo lote de células. A Figura 9 mostra, como mencionado acima, a eficiência de células solares fabricadas de pastilhas cortadas adjacente ao tijolo central e o tijolo de canto do lingote G5 feito com adição de liga mestre de silício-cálcio em comparação com lingotes de referência (adjacente ao tijolo central) de 100% de polissilício virgem e 100% de ESS® feitos no mesmo forno. Todas as pastilhas foram processadas no International Solar Energy Research Centre in Konstanz, Alemanha, (ISC). Os resultados na figura 9 mostram um aumento de 0,3% absoluto na eficiência para a média de todos os tijolos quando comparados com a referência de polissilício, e ainda mais comparados com a referência de 100% de ESS®.
[00062] Tendo em formas de realização preferidas descritas da invenção, será evidente para os peritos na técnica que outras formas de realização podem ser usadas incorporando os conceitos. Estes e outros exemplos da invenção ilustrada acima destinam-se por meio apenas de exemplo e o escopo real da invenção deve ser determinado a partir das reivindicações a seguir.
Claims (4)
1. Método para aumentar o rendimento de lingotes de silício multicristalinos solidificados direcionalmente, caracterizado pelo fato de que o cálcio elementar é adicionado na forma de uma liga mestre de silício-cálcio compreendendo 0,5 a 20% em peso de cálcio elementar, sendo o restante silício altamente puro, a uma massa em fusão de silício altamente pura em uma quantidade escolhida de pelo menos uma das seguintes faixas: 5-9,99 ppm, 10-500 ppm, 500-550 ppm antes de submeter a massa em fusão de silício para a solidificação direcional em um cadinho.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o cálcio elementar é adicionado na forma de uma liga mestre compreendendo cálcio elementar em uma quantidade selecionada de pelo menos uma das seguintes faixas: 1 a 15% em peso, 5 a 15% em peso, o restante sendo silicone de alta pureza.
3. Método de acordo a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a referida massa em fusão de silício é selecionada entre pelo menos um dos seguintes: uma massa em fusão de silício de alta pureza, silício compensado e polissilício.
4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a referida liga mestre de silício-cálcio é adicionada a uma carga compreendendo silício para produzir lingotes de silício multicristalinos com rendimento aumentado.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B25D | Requested change of name of applicant approved |
Owner name: REC SOLAR NORWAY AS (NO) |
|
| B06U | Preliminary requirement: requests with searches performed by other patent offices: procedure suspended [chapter 6.21 patent gazette] | ||
| B07A | Application suspended after technical examination (opinion) [chapter 7.1 patent gazette] | ||
| B07A | Application suspended after technical examination (opinion) [chapter 7.1 patent gazette] | ||
| B07A | Application suspended after technical examination (opinion) [chapter 7.1 patent gazette] | ||
| B09A | Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette] | ||
| B16A | Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette] |
Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 09/09/2014, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS |