CS199607B2 - Semiconductor table silikon crystals for solar cells and method their manufacture - Google Patents
Semiconductor table silikon crystals for solar cells and method their manufacture Download PDFInfo
- Publication number
- CS199607B2 CS199607B2 CS757744A CS774475A CS199607B2 CS 199607 B2 CS199607 B2 CS 199607B2 CS 757744 A CS757744 A CS 757744A CS 774475 A CS774475 A CS 774475A CS 199607 B2 CS199607 B2 CS 199607B2
- Authority
- CS
- Czechoslovakia
- Prior art keywords
- silicon
- melt
- temperature
- solar cells
- crystals
- Prior art date
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 11
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 9
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 50
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 50
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 50
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 31
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 5
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 19
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 19
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 8
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005231 Edge Defined Film Fed Growth Methods 0.000 description 1
- 229910005540 GaP Inorganic materials 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical group [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N gallium phosphide Chemical compound [Ga]#P HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004437 phosphorous atom Chemical group 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
- B22D27/04—Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould
- B22D27/045—Directionally solidified castings
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
- C30B11/002—Crucibles or containers for supporting the melt
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/60—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape characterised by shape
- C30B29/605—Products containing multiple oriented crystallites, e.g. columnar crystallites
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Description
Vynález se týká nových polovodičových deskových krystalů křemíku pro sluneční články a způsobu jejich výroby, nalitím taveniny křemíku do vhodné formy a následujícím ztuhnutím v teplotním spádu.
S přibývajícím nedostatkem a zdražováním fosilních nosičů energie stoupá neustále význam výroby energie přímou přeměnou slunečního1 záření na elektrickou energii slunečních článků. Zatímco tento způsob získávání energie je v rozsahu satelitních technik již dnes převládající formou, je využití na Zemi na základě vysoké ceny takových slunečních článků dosud velmi nepatrné. Největšímu zájmu se při tom těší křemíkové články, u kterých asi jednu třetinu ceny způsobuje použitý křemík. Podstatné snížení ceny polovodičového materiálu na jedné straně a na druhé straně také ceny, která je podmíněna dalším zpracováním slunečních článků, je ale předpokladem pro racionální zpracování sluneční energie.
Požadavky, které jsou kladeny na křemík ve slunečních článcích jsou velmi vysoké.
Křemík má být monokrystalický a tak perfektní, jak je to možné, to znamená, že nemá žádné bodové chyby, přimíiseniny, krystalové srůsty, „swirls“ nebo chemické znečištěniny. Účinnost slunečních článků · zho2 tavených z takovéhoto materiálu kolísá v rozmezí 10 ož 12 % oproti teoretické možnosti 22 1 * * * S %. Když se křemíkové desky musí odřezávat běžným způsobem z monokrystalových tyčí výše uváděné kvality, ztrácí se skoro 1 polovina této· tyče jako odřezky. Aby se tyto ztráty zamezily, usiluje se nyní o to, používat jako základní materiál monokrystalické křemíkové pásy, které se získávají podle EDFG-způsobu („edge defined film fed growth“) firmy TYCO, přičemž u takových slunečních článků se očekává účinnost asi 10 %.
Po stránce cenové je obzvláště zajímavý polykrystalický · křemík. · Sluneční články s polykrystalickým křemíkem mohou být ale vyrobeny dosud pouze s průmyslově · nezajímavou účinností 1 %. (Electronics, Apríl 4, 1974, str. 109).
Vynález se tedy zabývá úkolem vyrobit levné křemíkové krystaly, pokud možno ve formě desek, které mohou být použity jako základní materiál při výrobě slunečních článků.
Nyní byl nalezen způsob výroby deskových · křemíkových krystalů s určenou krystalovou orientací nalitím taveniny křemíku do vhodné formy a následujícím ztuhnutím v teplotním spádu, který je vyznačený tím, že po nalití křemíkové taveniny do· odpovída199607 jícím způsobem zformované·· · licí . formy, je alespoň jedna z obou větších navzájem · protilehlých hraničních ploch taveniny ve styku s plochou licí formy a tato styčná plocha s taveninou má teplotu 400 až 1200 °C, zatímco protilehlá hraniční plocha taveniny má teplotu nejméně o 200 až 1000 C vyšší, ale pod bodem tání křemíku, popřípadě za styku s další plochou licí formy, o teplotě pod 1200 cc.
Při způsobu podle vynálezu se křemík roztaví za vakua nebo v inertní atmosféře, například v kelímku z křemenného skla a nalije se do formy vhodné pro zhotovení deskovitých tvarů, přičemž teplota křemíkové taveniny při nalévání má být výhodně v rozmezí 1450 až 1600 CC,
Jako licí formy přicházejí zásadně v úvahu otevřené i zavřené formy. Při výhodném postupu podle vynálezu se roztavený tekutý křemík nalije do nahoře otevřené deskovité kokily, jejíž spodní plocha je ve styku s jednou z obou hraničních ploch nalité taveniny a teplota této· spodní části je vhodným způsobem, například pomocí kovové desky, která je chlazena chladicí kapalinou, upravena na teplotu maximálně 1200 °C, výhodně na teplotu v rozmezí 600 až 1000 °C. Na volný povrch taveniny se působí teplotou, která je minimálně o 200 až 1000 °C vyšší, výhodně o 200 až 800 CC vyšší, než je teplota chlazené spodní plochy licí formy, ale leží pod bodem tání křemíku. Tohoto ohřátí se dosáhne například sálavým teplem, výhodně přiblížením grafitové desky, která je odpovídajícím způsobem zahřáta. Když se toto· sálavé teplo získává pomocí zahřáté grafitové desky, tak se nejlépe osvědčuje zahřát grafitovou desku, která se nachází přímo nad volnou plochou taveniny, na teplotu asi 1400 až 1550 °C.
Aby se předešlo smočení, doporučuje se kromě toho, aby postranní plochy taveniny, které jsou ve styku s postranními částmi licí formy, měly teplotu ležící pod 1200C'C, ale na druhé straně by měla teplota ležet co možná ještě nad hodnotou teploty větší styčné chlazené plochy, aby se pokud možno· omezil orientovaný růst tuhnoucích krystalů od postranní plochy dovnitř, ačkoliv je tím u větších desek postižen pouze úzký okraj.
Jako materiál na licí formy je možno· zvolit například nitrid křemíku, tělo formy z z nitridu křemíku nebo · grafitu preparované kysličníkem křemičitým nebo výhodně grafit.
Další varianta způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že se použije licí forma, u které je tavenina ve styku s oběma většími protilehlými stěnami výhodně tak, že tyto plochy jsou uspořádány vertikálně a tavenina křemíku se nalévá do takto vytvořené štěrbiny. U tohoto provedení licí formy, která je rovněž výhodně zhotovena z grafitu, může mít teplejší styčná plocha licí formy s taveninou teplotu ležící níže než 1200 %, aby se zabránilo smočení taveniny. Když tedy teplota této· styčné plochy je například 1200 CC, tak se doporučuje, aby byla druhá styčná plocha chlazena na 200 až 1000 cc, výhodně asi na 400 až 800 °C, · neboť teplotní spád mezi . . oběma styčními plochami má podle vynálezu činit 200 až 1000 °C. Pro· postranní plochy při tom platí teplotní režim odpovídající uspořádání a úplně otevřené formy.
Principiálně je také možné pěstování s očkovacími krystaly, přičemž chlazená styčná plocha licí formy s taveninou se vyplní před nalitím taveniny křemíku křemíkovými deskovitými krystaly o · žádané krystalografické specifikaci. Jiná varianta spočívá v tom, že se dO' otevřené licí formy, u které je pouze jedna hraniční plocha · ve styku s taveninou, a to chlazená plocha licí formy, · přidává přerušovaně nebo kontinuálně shora · křemíková tavenina tak, že vždy v určitém okamžiku určí ztuhlý křemíkový podklad podmínky růstu pro dále nalévanou taveminu, se zřetelem na krystalografickou přednostní orientaci a deskovité krystaly narůstají jako tyče nebo pruty. Přívod tepla je při tom průběžně regulován, výhodně uvnitř rozmezí teplot podle vynálezu vhodným mechanickým nebo elektronickým regulátorem. Když se například povrch přidané křemíkové taveniny vystaví teplotě asi 1400 °C, například pomocí vhodného sálavého· tělesa, musí se potom spodní plocha licí · formy během růstu · křemíkových prutů silněji chladit, aby na čele tuhnutí, které se dostává do styku s nalévanou křemíkovou taveninou, byla podle vynálezu teplota 400 až max. 1200 cc. Zahřívání postranních povrchů musí být odpovídajícím způsobem regulováno, přičemž zóna, která se v určitém okamžiku nachází ve styku s kapalnou křemíkovou taveninou, má teplotu výhodně 1100 až 1200 °C.
Aby se způsobem podle vynálezu získaly křemíkové krystaly určité dotace, obohacuje se křemíková tavenina před nalitím do licí formy odpovídajícími dotačními látkami, například prvky III. a V. skupiny periodické soustavy prvků, jako je bor, hliník, galium, indium, arzén, antimon nebo fosfor.
Popsaný způsob podle vynálezu pro přípravu deskových křemíkových krystalů určené krystalové orientace se dá vhodným, přizpůsobením teplotních parametrů přeměnit také na výrobu odpovídajících deskových krystalů jiných polovodičových látek, které mají tu vlastnost, že se při tuhnutí roztahují, jako je například germanium, gallumarzenid nebo galiumfosfid.
Deskové křemíkové krystaly vyrobené způsobem podle vynálezu mají ve směru kratší osy vytvořenou kolumnární strukturu z monokrystalických krystalových oblastí s krystalografickou přednostní orientací a mají polovodiči vlastnosti. Když se do taveniny přidá před nalitím do licí formy dotační látka, tak se mimořádně homogenně rozdělí, bez radiálních nebo axiálních gradientů.
Pro použití takových křemíkových krystalů jako základních látek v polovodičové technice, zvláště pro elektronické konstrukční prvky je výhodné přidávat do taveniny tolik dotačních látek, aby křemíkové krystaly obsahovaly 5 x 1014 až 5 x 1018 ato-’ mů dotační látky v jednom krychlovém centimetru.
Deskové křemíkové krystaly podle vynálezu vynikají vysokou dobou životnosti minoritního nosiče. Jako základní materiál pro sluneční články dává předpoklady pro jejich podstatné zlevnění. Co se týče dosažené účinnosti přes 10 o/o, jsou většinou minimálně rovnocenné s dosud používanými monokrystalickými materiály, při podstatně nižších výrobních nákladech. Účinnost se dá ještě zvýšit speciálním odleptáním povrchu, neboť krystalové oblasti narostlé na povrchu ve směru 10 0 jsou leptáním silněji napadány než ostatní oblasti. Takto zcela specificky zdrsněné povrchy mají alespoň částečně účinek černých článků s podstatně zesílenou absorpcí světla a tím mají také zvýšenou účinnost.
Příklad 1
V křemenném kelímku se roztaví 1000 g vysoce čistého polykrystalického křemíku, který byl infundován 2 x 1015 atomy boru, tavenina se vyhřeje na teplotu 1500 CC a nalije se do vhodné formy.
Licí forma sestává z cylindrického grafitového bloku o průměru 200 mm, ve kterém byla vyfrézována dutina o rozměrech 100 xlOO x 70 mm. Před nalitím křemíkové taveniny byla tálo licí forma zahřáta induktivně vyhřívanou grafitovou sálavou rourou, současně ale bylo dno formy chlazeno měděnou deskou chlazenou vodou, takže povrch dna, tedy plocha licí formy, která je ve styku s taveninou s větším styčným povrchem, má teplotu asi 800 °C. Volný povrch nalité křemíkové taveniny je naproti tomu vystaven působení tepelného záření grafitové desky zahřáté asi na 1500 CC, která se nachází asi 2 cm nad povrchem taveniny.
Za těchto tepelných podmínek se ztuhlá křemíková tavenina bez smočení grafitové formy pomalu v průběhu několika hodin ochladí na teplotu místnosti, aby se neindukovalo tepelné pnutí.
Takovým způsobem vyrobené deskové křemíkové krystaly mají kolumnární strukturu z monokrystaliokých krystalických oblastí, kolmou ke větším plochám, tedy ve směru kratší osy.
Pro výrobu slunečních článků se z těchto desek uříznou diamantovou pilou, běžnou v polovodičové technice desky o tloušťce asi 500 μιη. Získané desky mají kolmo к povrchu uspořádanou kolumnární strukturu z monokrystalických krystalových oblastí. Sluneční články zhotovené běžným způsobem z těchto desek mají účinnost 10 až 11 °/o.
Příklad 2
V křemenném kelímku se roztaví 20 g vysoce čistého polykrystalického křemíku, který byl infundován 2 x 1015 atomy boru, tavenina se zahřeje na teplotu 1550 CC a nalije se do licí formy.
Licí forma sestává z grafitového bloku o průřezu 150 x 150 mm a výšce 200 mm. Grafitový bloik byl ve středu podél své delší osy rozříznut na dva díly, přičemž jeden díl se štěrbinovitě vyfrézoval podle požadavků na geometrii lité křemíkové desky. Oba díly se potom opět sešroubují dohromady pomocí grafitových šroubů, takže hladká plocha druhého dílu grafitového bloku uzavírá štěrbinovité vyfrézování prvního dílu. Na horním konci byla štěrbina opatřena nálevkovitým otvorem.
Oba díly licí formy se nyní během nalévání taveniny vyhřejí na dvě rozdílné teploty tak, že mezi oběma většími protilehlými plochami štěrbiny se vytvoří teplotní spád. Teplota jedné plochy přitom činí asi 400 CC a teplota protilehlé plochy je asi 1100 QC. Za těchto podmínek ztuhne tavenina v kolumnární struktuře s v podstatě paralelně uspořádanými monokrystalickými krystalovými oblastmi к teplotnímu gradientu.
Po ochlazení se může křemíková deska, bez smočení grafitové formy, z formy vyjmout. Tenká vrstva, nacházející se při ztuhnutí na teplejší straně křemíkové destičky, se odstraní odleptáním. Sluneční články vyrobené známým způsobem z křemíkových destiček měly účinnost 8 až 10 %.
Příklad 3a
V kelímku z křemenného skla se roztaví 1000 gramů vysoce čistého polykrystalického křemíku, který se dotuje 2 x 1015 atomy gallia, ohřeje se na teplotu 1500 °C a nalije se do licí formy.
Příklad 3b
V kelímku z křemenného skla se roztaví 1000 gramů vysoce čistého polykrystalického křemíku, který byl dotován 3 x 1015 atomů hliníku (vyšší koeficient odpaření), tavenina se zahřeje na teplotu 1500 °C a nalije se do licí formy.
Příklad 3c
V kelímku z křemenného skla se roztaví 1000 gramů vysoce čistého polykrystalického křemíku, který byl dotován 1 x 1015 atomy fosforu, tavenina se zahřeje na teplotu 1500 CC a nalije se do licí formy.
Příklad 3d
V kelímku z křemenného skla se roztaví 1000 g vysoce čistého polykrystalického kře
1996 míku, který byl dotován 1 x 1015 atomy antimonu, tavenina se zahřeje na teplotu 1500° Celsia a nalije se do licí formy.
Příklad 3e
V kelímku z křemenného· skla se roztaví 1000 g vysoce čistého polykrystalického křemíku, který byl dotován 1 x 1015 atomy arzénu, tavenina se zahřeje na teplotu 1500 °C a nalije se do licí formy.
Licí formy jsou ve všech případech z válcovitého· grafitového· bloku o průměru 200 ' milimetrů, ze kterého je vyfrézována dutina o rozměrech 100 x 100 x 70 mm. Před nalitím křemíkové taveniny se licí forma zahřeje induktivním ohřevem pomocí grafitové sálavé roury, současně se ale dno formy ochlazuje pomocí vodou chlazené měděné desky, takže plocha dna formy, která přichází do styku s větší hraniční plochou taveniny, má teplotu asi 800 °C. Volný povrch nalité křemíkové taveniny se naproti tomu vystaví tepelnému ohřevu grafitové desky zahřáté na teplotu 1500 cc, která se nachází asi 2 cm nad povrchem taveniny.
Za těchto tepelných podmínek (odpovídajících příkladu 1) ztuhne různě dotované křemíkové taveniny na desky, bez smočení grafitové formy. Aby nevznikalo· žádné pnutí, ochladí se destičky pomalu, v průběhu několika hodin, na teplotu místnosti.
Tímto způsobem připravené destičkové křemíkové krystaly mají kolumnární strukturu z monokrystalových krystalických oblastí, vytvořenou kolmo· k většímu povrchu, tedy ve směru nejkratší osy.
Pro výrobu slunečních· článků se z těchto· desek uříznou diamantovou pilou, běžnou v polovodičové technice, desky o· tloušťce asi 500 μΐη. Získané desky mají nezávisle na dotační látce kolmo· k povrchu uspořádanou kolumnární strukturu z monokrystal^ých krystalových oblastí. Sluneční články zhotovené z těchto desek mají bez ohledu na druh použité dotační látky účinnost průměrně 10 °/o.
Claims (2)
- PŘEDMĚT1. Polovodičové deskové křemíkové krystaly pro sluneční články, vyznačené tím, že ve směru nejkratší osy je vytvořena kolumnární struktura z monokrystalických krystalových oblastí a obsah atomů dotačních látek ze III. skupiny periodického systému prvků, jako je například bor, hliník nebo gallium, nebo z V. skupiny periodického systému prvků, jako· je například fosfor, arzén nebo antimon, činí 5 x 1014 až 5 x 1018.
- 2. Způsob výroby polovodičových deskových křemíkových krystalů pro sluneční články podle bodu 1, nalitím křemíkové taveniny do formy a následujícím ztuhnutím v teplotním spádu, vyznačený tím, že po· nalití křemíkové taveniny o teplotě 1450 až ynAlezu1600 cc s obsahem dotačních látek ze III. skupiny periodlokého systému prvků, jako jsou například bor, hliník a gallium, nebo z V. skupiny periodického systému prvků, jako jsou například fosfor, arzén a antimon, do tvarované licí formy, je alespoň jedna z obou větších navzájem protilehlých hraničních ploch taveniny ve styku s plochou licí formy a tato styčná plocha s taveninou má teplotu v rozmezí 400 až 1200 cc, zatímco protilehlá hraniční plocha taveniny je vystavena teplotě o 200 až 1000 °C vyšší, přičemž je pod bodem tání křemíku, popřípadě je za styku s další plochou licí formy o teplotě pod 1200 °C.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2508803A DE2508803C3 (de) | 1975-02-28 | 1975-02-28 | Verfahren zur Herstellung plattenförmiger Siliciumkristalle mit Kolumnarstruktur |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CS199607B2 true CS199607B2 (en) | 1980-07-31 |
Family
ID=5940115
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CS757744A CS199607B2 (en) | 1975-02-28 | 1975-11-17 | Semiconductor table silikon crystals for solar cells and method their manufacture |
Country Status (24)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4382838A (cs) |
JP (1) | JPS5330988B2 (cs) |
AU (1) | AU499586B2 (cs) |
BE (1) | BE839008A (cs) |
CA (1) | CA1061688A (cs) |
CH (1) | CH604884A5 (cs) |
CS (1) | CS199607B2 (cs) |
DD (1) | DD122478A5 (cs) |
DE (1) | DE2508803C3 (cs) |
DK (1) | DK145828C (cs) |
ES (1) | ES445617A1 (cs) |
FR (1) | FR2302132A1 (cs) |
GB (1) | GB1539244A (cs) |
HU (1) | HU172435B (cs) |
IL (1) | IL47862A (cs) |
IN (1) | IN143325B (cs) |
IT (1) | IT1053650B (cs) |
NL (1) | NL177612C (cs) |
PL (1) | PL98068B1 (cs) |
RO (1) | RO72156A (cs) |
SE (1) | SE408760B (cs) |
SU (1) | SU695531A3 (cs) |
YU (1) | YU291675A (cs) |
ZA (1) | ZA757846B (cs) |
Families Citing this family (37)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2745247C3 (de) * | 1977-10-07 | 1980-03-13 | Wacker-Chemitronic Gesellschaft Fuer Elektronik-Grundstoffe Mbh, 8263 Burghausen | Verfahren und Vorrichtung zur semikontinuierlichen Herstellung von Siliciumformkörpern |
JPS5460584A (en) * | 1977-10-24 | 1979-05-16 | Agency Of Ind Science & Technol | Solar battery using silicon ribbon crystal |
JPS54121086A (en) * | 1978-03-14 | 1979-09-19 | Agency Of Ind Science & Technol | Forming method of silicon plate |
DE2850805C2 (de) * | 1978-11-23 | 1986-08-28 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren zum Herstellen von scheiben- oder bandförmigen Siliziumkristallen mit Kolumnarstruktur für Solarzellen |
DE2850790C2 (de) * | 1978-11-23 | 1987-02-19 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren zum Herstellen von scheiben- oder bandförmigen Siliziumkristallen mit Kolumnarstruktur für Solarzellen |
DE2927086C2 (de) * | 1979-07-04 | 1987-02-05 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren zum Herstellen von platten- oder bandförmigen Siliziumkristallkörpern mit Säulenstruktur für Solarzellen |
DE2929669A1 (de) | 1979-07-21 | 1981-01-29 | Licentia Gmbh | Gemisch eines loesungsmittels fuer die galvanische abscheidung |
DE3019635A1 (de) * | 1980-05-22 | 1981-11-26 | SIEMENS AG AAAAA, 1000 Berlin und 8000 München | Verbesserung eines verfahrens zur herstellung von platten-, band- oder folienfoermigen siliziumkristallkoerpern fuer solarzellen |
DE3019653A1 (de) * | 1980-05-22 | 1981-11-26 | SIEMENS AG AAAAA, 1000 Berlin und 8000 München | Verbesserung eines verfahres zur herstellung von platten-, band- oder folienfoermigen siliziumkristallkoerpern fuer solarzellen |
EP0055318B1 (en) * | 1980-12-31 | 1985-10-23 | Solarex Corporation | Method of producing semicrystalline silicon and products formed thereby |
JPS57160174A (en) * | 1981-03-30 | 1982-10-02 | Hitachi Ltd | Thin film solar battery |
DE3226931A1 (de) * | 1982-07-19 | 1984-01-19 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren und vorrichtung zum herstellen von grossflaechigen, fuer die fertigung von solarzellen verwendbaren bandfoermigen siliziumkoerpern |
DE3310827A1 (de) * | 1983-03-24 | 1984-09-27 | Bayer Ag, 5090 Leverkusen | Verfahren zur herstellung von grobkristallinem silicium |
EP0124284B1 (en) * | 1983-03-30 | 1987-10-21 | Hoxan Corporation | Method of fabricating polycrystalline silicon wafer and fabrication tray used therefor |
DE3427465A1 (de) * | 1984-07-25 | 1986-01-30 | Heliotronic Forschungs- und Entwicklungsgesellschaft für Solarzellen-Grundstoffe mbH, 8263 Burghausen | Verfahren und vorrichtung zur taktweisen herstellung von siliciumformkoerpern |
JPS6193614A (ja) * | 1984-10-15 | 1986-05-12 | Nec Corp | 半導体単結晶基板 |
US5116456A (en) * | 1988-04-18 | 1992-05-26 | Solon Technologies, Inc. | Apparatus and method for growth of large single crystals in plate/slab form |
DE4018967A1 (de) * | 1990-06-13 | 1991-12-19 | Wacker Chemitronic | Verfahren und vorrichtung zum giessen von siliciumbloecken mit kolumnarstruktur als grundmaterial fuer solarzellen |
WO1994028205A1 (de) * | 1993-05-25 | 1994-12-08 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur herstellung grossflächiger kristalliner salzkörper und dazu geeignete vorrichtung |
JP3596828B2 (ja) * | 1995-07-17 | 2004-12-02 | キヤノン株式会社 | 基体の製造方法 |
DE19723067C1 (de) * | 1997-06-02 | 1998-12-24 | Siemens Ag | Verfahren zum einfachen Herstellen großer Kristallkörper |
US6313398B1 (en) * | 1999-06-24 | 2001-11-06 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Ga-doped multi-crytsalline silicon, Ga-doped multi-crystalline silicon wafer and method for producing the same |
DE19934940C2 (de) * | 1999-07-26 | 2001-12-13 | Ald Vacuum Techn Ag | Vorrichtung zum Herstellen von gerichtet erstarrten Blöcken und Betriebsverfahren hierfür |
US8021483B2 (en) * | 2002-02-20 | 2011-09-20 | Hemlock Semiconductor Corporation | Flowable chips and methods for the preparation and use of same, and apparatus for use in the methods |
FR2853913B1 (fr) † | 2003-04-17 | 2006-09-29 | Apollon Solar | Creuset pour un dispositif de fabrication d'un bloc de materiau cristallin et procede de fabrication |
US7344594B2 (en) * | 2004-06-18 | 2008-03-18 | Memc Electronic Materials, Inc. | Melter assembly and method for charging a crystal forming apparatus with molten source material |
US7465351B2 (en) * | 2004-06-18 | 2008-12-16 | Memc Electronic Materials, Inc. | Melter assembly and method for charging a crystal forming apparatus with molten source material |
US7691199B2 (en) * | 2004-06-18 | 2010-04-06 | Memc Electronic Materials, Inc. | Melter assembly and method for charging a crystal forming apparatus with molten source material |
BRPI0706659A2 (pt) * | 2006-01-20 | 2011-04-05 | Bp Corp North America Inc | métodos de fabricação de silìcio moldado e de célula solar, células solares, corpos e wafers de silìcio multicristalinos ordenados geometricamente continuos |
DE102006055055A1 (de) * | 2006-11-22 | 2008-05-29 | Eos Gmbh Electro Optical Systems | Vorrichtung zum schichtweisen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts |
JP5309539B2 (ja) * | 2007-07-12 | 2013-10-09 | 住友化学株式会社 | 精製シリコンの製造方法 |
CN101755077A (zh) * | 2007-07-20 | 2010-06-23 | Bp北美公司 | 从籽晶制造浇铸硅的方法和装置 |
WO2009014957A2 (en) * | 2007-07-20 | 2009-01-29 | Bp Corporation North America Inc. | Methods for manufacturing cast silicon from seed crystals |
WO2009015168A1 (en) | 2007-07-25 | 2009-01-29 | Bp Corporation North America Inc. | Methods for manufacturing geometric multi-crystalline cast materials |
WO2009015167A1 (en) | 2007-07-25 | 2009-01-29 | Bp Corporation North America Inc. | Methods for manufacturing monocrystalline or near-monocrystalline cast materials |
JP5125973B2 (ja) * | 2007-10-17 | 2013-01-23 | 住友化学株式会社 | 精製シリコンの製造方法 |
TW201012978A (en) * | 2008-08-27 | 2010-04-01 | Bp Corp North America Inc | Apparatus and method of use for a casting system with independent melting and solidification |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DD73033A (cs) * | ||||
US1251951A (en) * | 1917-06-18 | 1918-01-01 | W G Armstrong Whitworth And Company Ltd | Casting steel ingots. |
US2402839A (en) * | 1941-03-27 | 1946-06-25 | Bell Telephone Labor Inc | Electrical translating device utilizing silicon |
NL63276C (cs) * | 1941-04-04 | |||
GB592303A (en) * | 1941-05-27 | 1947-09-15 | Western Electric Co | Light sensitive device |
BE562066A (cs) * | 1956-10-31 | |||
LU35658A1 (cs) * | 1956-12-24 | |||
NL226823A (cs) * | 1957-04-15 | 1900-01-01 | ||
US3012865A (en) * | 1957-11-25 | 1961-12-12 | Du Pont | Silicon purification process |
US3494709A (en) * | 1965-05-27 | 1970-02-10 | United Aircraft Corp | Single crystal metallic part |
US3567526A (en) * | 1968-05-01 | 1971-03-02 | United Aircraft Corp | Limitation of carbon in single crystal or columnar-grained nickel base superalloys |
US3763926A (en) * | 1971-09-15 | 1973-10-09 | United Aircraft Corp | Apparatus for casting of directionally solidified articles |
US3900943A (en) * | 1973-06-07 | 1975-08-26 | Dow Corning | Silicon semiconductor device array and method of making same |
-
1975
- 1975-02-28 DE DE2508803A patent/DE2508803C3/de not_active Expired
- 1975-08-04 IL IL47862A patent/IL47862A/xx unknown
- 1975-08-06 HU HU75WA00000316A patent/HU172435B/hu unknown
- 1975-08-12 DD DD187809A patent/DD122478A5/xx unknown
- 1975-10-27 NL NLAANVRAGE7512544,A patent/NL177612C/xx not_active IP Right Cessation
- 1975-10-30 DK DK488675A patent/DK145828C/da not_active IP Right Cessation
- 1975-11-17 YU YU02916/75A patent/YU291675A/xx unknown
- 1975-11-17 CS CS757744A patent/CS199607B2/cs unknown
- 1975-11-22 IN IN2231/CAL/1975A patent/IN143325B/en unknown
- 1975-12-08 SU SU752196602A patent/SU695531A3/ru active
- 1975-12-09 RO RO7584140A patent/RO72156A/ro unknown
- 1975-12-17 ZA ZA757846A patent/ZA757846B/xx unknown
- 1975-12-18 AU AU87664/75A patent/AU499586B2/en not_active Expired
-
1976
- 1976-01-26 US US05/652,359 patent/US4382838A/en not_active Expired - Lifetime
- 1976-01-28 JP JP829876A patent/JPS5330988B2/ja not_active Expired
- 1976-02-10 CA CA245,345A patent/CA1061688A/en not_active Expired
- 1976-02-26 SE SE7602574A patent/SE408760B/xx not_active IP Right Cessation
- 1976-02-26 PL PL1976187531A patent/PL98068B1/pl unknown
- 1976-02-26 IT IT48294/76A patent/IT1053650B/it active
- 1976-02-27 CH CH247176A patent/CH604884A5/xx not_active IP Right Cessation
- 1976-02-27 GB GB7772/76A patent/GB1539244A/en not_active Expired
- 1976-02-27 ES ES445617A patent/ES445617A1/es not_active Expired
- 1976-02-27 BE BE164701A patent/BE839008A/xx not_active IP Right Cessation
- 1976-02-27 FR FR7605549A patent/FR2302132A1/fr active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
YU291675A (en) | 1982-05-31 |
DK145828B (da) | 1983-03-14 |
DK145828C (da) | 1983-08-29 |
DD122478A5 (cs) | 1976-10-12 |
IN143325B (cs) | 1977-11-05 |
HU172435B (hu) | 1978-08-28 |
DK488675A (da) | 1976-08-29 |
US4382838A (en) | 1983-05-10 |
ES445617A1 (es) | 1977-10-01 |
IL47862A (en) | 1978-07-31 |
DE2508803A1 (de) | 1976-09-09 |
NL177612B (nl) | 1985-05-17 |
NL7512544A (nl) | 1976-08-31 |
BE839008A (fr) | 1976-08-27 |
ZA757846B (en) | 1976-11-24 |
DE2508803B2 (de) | 1978-03-09 |
RO72156A (ro) | 1981-03-30 |
IT1053650B (it) | 1981-10-10 |
CH604884A5 (cs) | 1978-09-15 |
SE7602574L (sv) | 1976-08-30 |
CA1061688A (en) | 1979-09-04 |
AU8766475A (en) | 1977-06-23 |
AU499586B2 (en) | 1979-04-26 |
IL47862A0 (en) | 1975-11-25 |
PL98068B1 (pl) | 1978-04-29 |
FR2302132B1 (cs) | 1980-08-14 |
JPS5330988B2 (cs) | 1978-08-30 |
NL177612C (nl) | 1985-10-16 |
GB1539244A (en) | 1979-01-31 |
FR2302132A1 (fr) | 1976-09-24 |
SE408760B (sv) | 1979-07-09 |
SU695531A3 (ru) | 1979-10-30 |
DE2508803C3 (de) | 1982-07-08 |
JPS51101466A (cs) | 1976-09-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CS199607B2 (en) | Semiconductor table silikon crystals for solar cells and method their manufacture | |
US5431869A (en) | Process for the preparation of polycrystalline silicon ingot | |
JP5493092B2 (ja) | 酸化ガリウム単結晶の製造方法および酸化ガリウム単結晶 | |
CN100378257C (zh) | 磷化铟基板、磷化铟单晶及其制造方法 | |
US7442255B2 (en) | Crucible for a device for producing a block of crystalline material and method for producing same | |
JP5425421B2 (ja) | モールディングおよび方向性結晶化によって半導体物質のウェハを製造する方法 | |
TW201840918A (zh) | 形成具有經改善之電阻率控制之單晶矽錠之方法 | |
JP2007019209A (ja) | 太陽電池用多結晶シリコンおよびその製造方法 | |
KR20120114293A (ko) | 반도체 물질 제품의 엑소캐스팅 방법 | |
JP4060106B2 (ja) | 一方向凝固シリコンインゴット及びこの製造方法並びにシリコン板及び太陽電池用基板及びスパッタリング用ターゲット素材 | |
JP7394332B2 (ja) | 鉄ガリウム合金の単結晶インゴットの育成方法およびその加工方法、鉄ガリウム合金の単結晶インゴット | |
JP6387797B2 (ja) | シリコン部品用シリコン結晶の製造方法 | |
JPS58217419A (ja) | 多結晶シリコン棒の製造方法および装置 | |
US4561930A (en) | Process for the production of coarsely crystalline silicon | |
KR20130126643A (ko) | 열적 활성 몰드를 이용한 반도체 물질의 지지되지 않은 제품의 제조방법 | |
JPS5899115A (ja) | 多結晶シリコンインゴツトの鋳造方法 | |
JP3633212B2 (ja) | 単結晶成長方法 | |
Govinda Rajan et al. | Synthesis and single crystal growth of gallium phosphide by the liquid encapsulated vertical Bridgman technique | |
KR930002959B1 (ko) | 주조법에 의한 태양전지용 다결정 규소 주괴 제조방법 | |
Bagai et al. | Growth of dislocation-free bulk silicon crystals | |
JPH07291781A (ja) | 単結晶成長方法 | |
JPH0725533B2 (ja) | シリコン多結晶インゴツトの製造方法 | |
Azarenkov et al. | Monocrystalline structure formation of doped perfect silicon crystals | |
JPH0233680B2 (cs) | ||
Authier | Silicon crystals: Process for manufacturing wafer-like silicon crystals with a columnar structure |