DE102007035756A1

DE102007035756A1 - Verfahren zur Herstellung von Nichteisenmetall-Blöcken

Info

Publication number: DE102007035756A1
Application number: DE102007035756A
Authority: DE
Inventors: Josef Dr. Stenzenberger; Jens Seidel; Jan Henker
Original assignee: Deutsche Solar GmbH
Current assignee: SolarWorld Industries Sachsen GmbH
Priority date: 2007-07-27
Filing date: 2007-07-27
Publication date: 2009-02-05
Anticipated expiration: 2027-07-28
Also published as: DE102007035756B4

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung von Nichteisenmetall-Blöcken (16) wird in einem Behälter (23) ein Nichteisenmetall-Keim (29) angeordnet, wobei der Nichteisenmetall-Keim (29) eine Keimfläche aufweist, die einer Bodenfläche einer Bodeninnenwand (25) des Behälters (23) entspricht. Durch die großflächige Keimvorgabe erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren eine kostengünstige Herstellung von Solarzellen mit einem hohen Wirkungsgrad.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Nichteisenmetall-Blöcken, insbesondere von Silizium-Blöcken für die Fotovoltaik.
In der Fotovoltaik wird zwischen einkristallinen und multikristallinen Solarzellen unterschieden. Einkristalline Solarzellen, die auch als monokristallin bezeichnet werden, werden aus einkristallinen Silizium-Scheiben, den sogenannten „Silizium-Wafern" hergestellt. Einkristalline Solarzellen weisen im Vergleich zu multikristallinen Solarzellen einen besseren Wirkungsgrad auf. Multikristalline Solarzellen, die auch als polykristallin bezeichnet werden, sind im Vergleich zu einkristallinen Solarzellen kostengünstiger, da die Herstellung von multikristallinen Silizium-Wafern wesentlich einfacher ist. Die Herstellung von ausreichend großen Einkristallen zum Erzeugen von einkristallinen Silizium-Wafern ist aufwändig und teuer. Nachteilig ist jedoch, dass der Wirkungsgrad von multikristallinen Solarzellen im Vergleich zu einkristallinen Solarzellen schlechter ist.
Silizium-Wafer sind scheibenförmig ausgebildet und werden durch Durchtrennen von größeren Silizium-Blöcken hergestellt. Es ist bekannt, dass zur Herstellung von multikristallinen Silizium-Blöcken Silizium aufgeschmolzen und anschließend gerichtet erstarrt wird. Bei der gerichteten Erstarrung bildet sich in den Silizium-Blöcken eine Kornstruktur aus, wobei sich die Korngrenzen der einzelnen Körner auf natürliche Weise ausbilden. Nachteilig ist, dass aus derartig hergestellten multikristallinen Silizium-Blöcken nur multikristalline Solarzellen mit einem unbefriedigenden Wirkungsgrad herstellbar sind.
Weiterhin ist aus der DE 10 2005 037 393 A1 ein Verfahren zur Züchtung von großvolumigen Einkristallen bekannt. Die Kristallisation erfolgt in einem Behälter mit einem konisch geformten Boden, wobei sich beim Kristallisieren eine konvexe Phasengrenzfläche zwischen dem Einkristall und der Schmelze ausbildet. Nachteilig ist, dass dieses Herstellungsverfahren zur Herstellung von einkristallinen Nichteisenmetall-Blöcken immer noch sehr aufwändig ist, obwohl die Ausbeute im Vergleich zu dem bekannten Czochralski-Verfahren verbessert ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Nichteisenmetall-Blöcken derart bereitzustellen, dass aus den Nichteisenmetall-Blöcken Solarzellen mit einem hohen Wirkungsgrad kostengünstig herstellbar sind.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass in dem Behälter zum Kristallisieren von flüssigem Nichteisenmetall mindestens ein Nichteisenmetall-Keim angeordnet wird, wobei der mindestens eine Nichteisenmetall-Keim eine Keimfläche bildet, die der Bodenfläche der Bodeninnenwand des Behälters entspricht. Die Keimfläche kann entweder durch einen Nichteisenmetall-Keim, der die Bodeninnenwand vollständig bedeckt, oder durch mehrere bündig nebeneinander angeordnete Nichteisenmetall-Keime, die zusammen die Bodeninnenwand vollständig bedecken, gebildet sein. Dadurch, dass die Keimfläche der Bodenfläche entspricht, wird eine großflächige Keimvorgabe erzielt. Der mindestens eine Nichteisenmetall-Keim kann entweder einkristallin oder multikristallin ausgebildet sein, wobei bei einer multikristallinen Ausbildung der mindestens eine Nichteisenmetall-Keim derart gewählt wird, dass dieser eine für die Herstellung von Solarzellen vorteilhafte Kornstruktur mit einer geringen Anzahl definiert orientierter Körner aufweist. Durch das Anschmelzen des mindestens einen Nichteisenmetall-Keims und das anschließende gerichtete Erstarren des flüssigen Nichteisenmetalls setzt sich die einkristalline oder multikristalline Struktur des mindestens einen Nichteisenmetall-Keims in dem erstarrenden Nichteisenmetall-Block fort. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können Nichteisenmetall-Blöcke mit für die Herstellung von Solarzellen vorteilhafter Struktur einfach und in hoher Ausbeute hergestellt werden, so dass die aus den Nichteisenmetall-Blöcken hergestellten Solarzellen einen guten Wirkungsgrad bei einer gleichzeitig kostengünstigen Herstellung aufweisen. Das Nichteisenmetall kann entweder in dem Behälter selbst aufgeschmolzen oder bereits in flüssiger Form in den Behälter eingefüllt werden. Zum gerichteten Erstarren des flüssigen Nichteisenmetalls können bekannte Verfahren, wie beispielsweise das vertikale Bridgman-Verfahren oder das Vertical-Gradient-Freeze-Verfahren, und entsprechende Vorrichtungen eingesetzt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Zusätzliche Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung. Es zeigen:
1 eine Schnittdarstellung durch eine Kokille mit einem kristallisierten Nichteisenmetall-Block in einem Ausgangs-Verfahrensschritt gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens,
2 eine Schnittdarstellung durch eine Kokille mit einem kristallisierten Nichteisenmetall-Block in einem ersten Verfahrensschritt gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
3 eine Schnittdarstellung durch eine Kokille mit einem kristallisierten Nichteisenmetall-Block in einem zweiten Verfahrensschritt gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
4 eine Schnittdarstellung durch eine Nichteisenmetall-Säule, die aus einem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hergestellten Nichteisenmetall-Block herausgetrennt wurde,
5 eine Schnittdarstellung durch eine Kokille in einem Ausgangs-Verfahrensschritt ohne Keimvorgabe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel des Verfahrens,
6 eine Schnittdarstellung durch eine Kokille in einem Ausgangs-Verfahrensschritt mit einer separaten Keimvorgabe in einzelnen Behältern gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel des Verfahrens, und
7 eine Schnittdarstellung durch eine Kokille in einem dem Ausgangs-Verfahrensschritt nachfolgenden Verfahrensschritt mit einer vollflächigen, einkristallinen Keimvorgabe gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel.
Nachfolgend wird unter Bezugsnahme auf die 1 bis 4 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. 1 zeigt eine als Keim-Behälter 1 dienende erste Kokille, wobei der Keim-Behälter 1 einen Keim-Behälter-Boden 2 und Keim-Behälter-Seitenwände 3 aufweist. Der Keim-Behälter-Boden 2 und die Keim-Behälter-Seitenwände 3 bilden eine Keim-Behälter-Innenwand 4 aus, die einen Keim-Behälter-Innenraum 5 begrenzt. Die Keim-Behälter-Innenwand 4 ist in eine Keim-Behälter-Bodeninnenwand 6 und Keim-Behälter-Seiteninnenwände 7 unterteilt. Die Keim-Behälter-Innenwand 4 ist zur Vermeidung von Anhaftungen beschichtet. Die Keim-Behälter-Seitenwände 3 begrenzen eine Keim-Behälter-Öffnung 8 zum Einfüllen von Nichteisenmetall 9, insbesondere von Silizium.
Der Keim-Behälter 1 ist von Heizelementen umgeben, die nicht näher dargestellt sind. Die Heizelemente sind auf bekannte Weise angeordnet, wie dies beispielsweise bei dem vertikalen Bridgman oder den Vertical-Gradient-Freeze-Verfahren üblich ist.
In einem Ausgangs-Verfahrensschritt wird zunächst flüssiges Nichteisenmetall 9 in den Keim-Behälter-Innenraum 5 eingefüllt. Alternativ kann auch stückiges Nichteisenmetall 9 durch die Keim-Behälter-Öffnung 8 in den Keim-Behälter 1 eingefüllt und dort aufgeschmolzen werden. Anschließend wird das flüssige Nichteisenmetall 9 auf bekannte Weise gerichtet erstarrt. Die Erstarrung erfolgt in einer Erstarrungsrichtung 10, die senkrecht zu dem eben ausgebildeten Keim-Behälter-Boden 2 verläuft. Das Erstarren erfolgt ausgehend von der Keim-Behälter-Bodeninnenwand 6, wobei sich ein Keim-Nichteisenmetall-Block 11 ausbildet, der zu dem flüssigen Nichteisenmetall 9 durch eine Phasengrenzfläche 12 abgegrenzt ist. Der gerichtet erstarrte Keim-Nichteisenmetall-Block 11 ist multikristallin ausgebildet und weist eine Keim-Kornstruktur 13 auf. Die Keim-Kornstruktur 13 umfasst eine Vielzahl von einkristallinen Körnern 14, die durch Korngrenzen 15 voneinander abgegrenzt sind. Die Korngrenzen 15 bilden sich aufgrund der gerichteten Erstarrung im Wesentlichen entlang der Erstarrungsrichtung 10 aus. Die Keim-Kornstruktur 13 weist eine Korndichte N_K0 auf. Nachdem das flüssige Nichteisenmetall 9 vollständig zu dem Keim-Nichteisenmetall-Block 11 erstarrt ist, wird dieser aus dem Keim-Behälter 1 entfernt.
2 zeigt einen ersten Verfahrensschritt bei der Herstellung eines ersten Nichteisenmetall-Blocks 16. Eine zweite Kokille 17 weist einen Kokillen-Boden 18 und Kokillen-Seitenwände 19 auf. Der Kokillen-Boden 18 und die Kokillen-Seitenwände 19 begrenzen einen Kokillen-Innenraum 20, wobei die Kokillen-Seitenwände 19 an einer dem Kokillen-Boden 18 gegenüberliegenden Seite eine Kokillen-Öffnung 21 ausbilden. Die Kokille 17 bildet einen Behälter 23. Der Behälter 23 weist eine Innenwand 24 auf, die von einer ebenen Bodeninnenwand 25 und quer zu dieser verlaufenden Seiteninnenwänden 26 gebildet wird. Die Innenwand 24 ist zur Vermeidung von Anhaftungen von Nichteisenmetall 9 beschichtet. Die Kokillen-Öffnung 21 bildet eine Behälter-Öffnung 27 aus. Die in 2 gestrichelt eingezeichneten Rechtecke deuten Nichteisenmetall-Säulen an, die aus dem entstandenen Nichteisenmetall-Block 16 erhältlich sind.
Die Bodeninnenwand 25 ist eben ausgebildet und weist eine Bodenfläche A_B auf. Die Bodeninnenwand 25 ist quadratisch ausgebildet, wobei die Bodenfläche A_B derart ausgebildet ist, dass diese im Wesentlichen der Fläche der herzustellenden Wafer entspricht. Alternativ kann die Bodeninnenwand 25 auch sechseckig oder polygonal mit einer beliebigen Anzahl an Ecken ausgebildet sein. Die Innenwand 24 begrenzt einen im Wesentlichen rechteckförmigen Behälter-Innenraum 28.
In dem Behälter-Innenraum 28 sind mehrere erste Nichteisenmetall-Keime 29 oberhalb der Bodeninnenwand 25 bündig nebeneinander angeordnet. Die Nichteisenmetall-Keime 29 weisen jeweils eine Fläche A_K auf, wobei die Flächen A_K eine Keimfläche A bilden, die der Bodenfläche A_B entspricht, so dass die gesamte Bodeninnenwand 25 von den ersten Nichteisenmetall-Keimen 29 bedeckt ist. Die Nichteisenmetall-Keime 29 sind plattenförmig ausgebildet und weisen eine Keim-Höhe H_K und eine Keim-Breite B_K auf. Die Keim-Höhe H_K ist im Wesentlichen konstant und mindestens um einen Faktor 3, insbesondere mindestens um einen Faktor 5, und insbesondere mindestens um einen Faktor 10, kleiner als die Keim-Breite B_K. Die ersten Nichteisenmetall-Keime 29 sind multikristallin.
Jeder erste Nichteisenmetall-Keim 29 wird aus dem Keim-Nichteisenmetall-Block 11 gewonnen. Prinzipiell kann ein beliebiger Bereich aus dem Keim-Nichteisenmetall-Block 11 entnommen werden, der dann als erster Nichteisenmetall-Keim 29 dient. Vorteilhaft ist es jedoch, einen Bereich auszuwählen, in dem die Keim-Kornstruktur 13 wenige Körner 14 und Korngrenzen 15, also eine geringe Korndichte N_K0, sowie eine gewünschte Kristallorientierung aufweist. Die Entnahme der ersten Nichteisenmetall-Keime 29 erfolgt vorzugsweise durch Durchtrennen des Keim-Nichteisenmetall-Blocks 11, wobei die Keimfläche A gleich der Bodenfläche A_B zu sein hat. Die ersten Nichteisenmetall-Keime 29 werden derart aus dem Keim-Nichteisenmetall-Block 11 entnommen und in dem Behälter-Innenraum 28 angeordnet, dass die Korngrenzen 15 im Wesentlichen entlang der Erstarrungsrichtung 10 verlaufen. Alternativ kann ein Nichteisenmetall-Keim 29 in den Behälter-Innenraum 28 angeordnet werden, wobei die Fläche A_K der Keimfläche A und der Bodenfläche A_B entspricht.
In dem Behälter 23 wird – in Erstarrungsrichtung 10 betrachtet – oberhalb der ersten Nichteisenmetall-Keime 29 flüssiges Nichteisenmetall 9 angeordnet. Dies kann entweder derart erfolgen, dass flüssiges Nichteisenmetall 9 durch die Behälter-Öffnung 27 in den Behälter-Innenraum 28 gefüllt wird oder dass stückiges Nichteisenmetall 9 in entsprechender Weise in den Behälter-Innenraum 28 gefüllt und dort aufgeschmolzen wird. Das Aufschmelzen erfolgt im letzteren Fall durch um die Kokille 17 angeordnete und nicht dargestellte Heizelemente.
Anschließend werden die Nichteisenmetall-Keime 29 jeweils in einem dem flüssigen Nichteisenmetall 9 zugewandten Anschmelzbereich 30 angeschmolzen. Der Anschmelzbereich 30 weist in der Erstarrungsrichtung 10 eine Anschmelzhöhe H_A auf, die mindestens einem Zehntel, insbesondere mindestens einem Fünftel, und insbesondere mindestens einem Drittel, der Keim-Höhe H_K entspricht. Das Anschmelzen erfolgt durch das flüssige Nichteisenmetall 9 und/oder durch eine entsprechende Steuerung der um die Kokille 17 angeordneten Heizelemente.
Nach dem Anschmelzen der ersten Nichteisenmetall-Keime 29 wird das flüssige Nichteisenmetall 9 zu dem ersten Nichteisenmetall-Block 16 erstarrt. Das Erstarren erfolgt, ausgehend von den jeweiligen Anschmelzbereichen 30, gerichtet in der Erstarrungsrichtung 10. Die Erstarrung wird über die Heizelemente gesteuert. Zwischen dem flüssigen Nichteisenmetall 9 und dem ersten Nichteisenmetall-Block 16 bildet sich eine Phasengrenzfläche 12 aus, die konkav, konvex oder eben geformt sein kann.
Durch das Anschmelzen der ersten Nichteisenmetall-Keime 29 setzt sich deren Keim-Kornstruktur 13 mit den Korngrenzen 15 in dem Nichteisenmetall-Block 16 fort. Die Keim-Kornstruktur 13 wird somit im Wesentlichen auf den Nichteisenmetall-Block 16 übertragen. Der erste Nichteisenmetall-Block 16 bildet eine erste Kornstruktur 31 mit Korngrenzen 15 aus. Das Erstarren des flüssigen Nichteisenmetalls 9 wird derart gesteuert, dass die erste Kornstruktur 31 eine Korndichte N_K1 aufweist, die geringer ist als die Korndichte N_K0 der ersten Nichteisenmetall-Keime 29. Durch eine entsprechend langsame Erstarrung des flüssigen Nichteisenmetalls 9 laufen Korngrenzen 15 zusammen, so dass sich kleinere Körner 14 zu entsprechend größeren Körnern 14 verbinden.
Nach dem vollständigen Erstarren des flüssigen Nichteisenmetalls 9 zu dem ersten Nichteisenmetall-Block 16 wird dieser aus dem Behälter 23 entfernt. Nach dem Entfernen des ersten Nichteisenmetall-Blocks 16 wird aus diesem ein Bereich 32 ausgewählt und entnommen, der in einem zweiten Verfahrensschritt als zweiter Nichteisenmetall-Keim 33 dient. Der ausgewählte Bereich 32 weist die erste Kornstruktur 31 auf, deren Korndichte N_K1 geringer ist als die Korndichte N_K0 der Keim-Kornstruktur 13. Das Entnehmen des ausgewählten Bereichs 32 erfolgt vorzugsweise durch Durchtrennen des Nichteisenmetall-Blocks 16. Die Abmessungen der zweiten Nichteisenmetall-Keime 33 entsprechen vorzugsweise denen der ersten Nichteisenmetall-Keime 29. Insbesondere bilden die zweiten Nichteisenmetall-Keime 33 die Keimfläche A aus. Die Keim-Höhe H_K und die Keim-Breite B_K der zweiten Nichteisenmetall-Keime 33 entsprechen vorzugsweise denen der ersten Nichteisenmetall-Keime 29. Prinzipiell kann die Keim-Höhe H_K der zweiten Nichteisenmetall-Keime 33 auch geringer oder größer gewählt werden.
3 zeigt einen zweiten Verfahrensschritt. Das zu 2 beschriebene Verfahren wird wiederholt, wobei als zweite Nichteisenmetall-Keime 33 der ausgewählten Bereiche 32 des ersten Nichteisenmetall-Blocks 16 verwendet werden. Die zweiten Nichteisenmetall-Keime 33 werden in Erstarrungsrichtung 10 oberhalb der Bodeninnenwand 25 angeordnet, so dass diese die Bodeninnenwand 25 vollständig bedecken. Anschließend wird flüssiges Nichteisenmetall 9 in dem Behälter 23 angeordnet und die zweiten Nichteisenmetall-Keime 33 angeschmolzen und das flüssige Nichteisenmetall 9 zu einem zweiten Nichteisenmetall-Block 34 gerichtet erstarrt. Der zweite Nichteisenmetall-Block 34 bildet eine zweite Kornstruktur 35 aus. Die zweite Kornstruktur 35 weist eine Korndichte N_K2 auf, die geringer ist als die Korndichte N_K1 der ersten Kornstruktur 31.
Vorteilhaft ist, dass der Bereich 32 derart ausgewählt wird, dass der Nichteisenmetall-Block 16 in dem Bereich 32 eine für die Herstellung von Solarzellen vorteilhafte Kornstruktur mit einer geringen Korndichte N_K1 und einer gewünschten Kristallorientierung aufweist. Die erste Kornstruktur 31 kann durch Einflussfaktoren, wie beispielsweise die Krümmung der Phasengrenzfläche 12, die Erstarrungsgeschwindigkeit, den Temperaturgraduenten oder durch Strömungen im flüssigen Nichteisenmetall 9, beim Erstarren beeinflusst werden. Entscheidend ist, dass der Bereich 32 gezielt ausgewählt wird und eine gut entwickelte Kornstruktur 31 zur weiteren Keimvorgabe aufweist.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann so lange wiederholt werden, bis die hergestellten Nichteisenmetall-Blöcke eine Kornstruktur aufweisen, die einen guten Wirkungsgrad der aus den Nichteisenmetall-Blöcken hergestellten Solarzellen garantiert. Beispielsweise könnten aus dem zweiten Nichteisenmetall-Block 34 erneut Bereiche 36 ausgewählt werden, die als dritte Nichteisenmetall-Keime 37 zur Herstellung eines dritten Nichteisenmetall-Blocks dienen. Mit jedem Verfahrensschritt wird eine Verbesserung der Kornstruktur erzielt. Weist der Nichteisenmetall-Block eine Kornstruktur auf, die einen gewünschten Wirkungsgrad der aus dem Nichteisenmetall-Block hergestellten Solarzellen bei gleichzeitig noch geringeren Herstellungskosten garantiert, so kann das erfindungsgemäße Verfahren abgebrochen werden und der Nichteisenmetall-Block zu Solarzellen weiter verarbeitet werden.
Alternativ kann bei jedem Verfahrensschritt ein Teil des Nichteisenmetall-Blocks zu Solarzellen weiterverarbeitet werden, wohingegen ein anderer – kleinerer – Teil, idealerweise der sowieso anfallende Block-Abschnitt, als neuer Nichteisenmetall-Keim beim nächsten Verfahrensschritt verwendet wird.
4 zeigt einen Schnitt durch eine aus dem Nichteisenmetall-Block 34 herausgetrennte Nichteisenmetall-Säule im Bereich 36. Die Nichteisenmetall-Säule wird im Bereich 36 aus insgesamt neun einkristallinen Körnern 14 gebildet.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 5 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Konstruktiv identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten „a". Der wesentliche Unterschied gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass der Keim-Behälter 1a derart ausgebildet ist, dass ein Keim-Nichteisenmetall-Block 11a mit einer Keim-Kornstruktur 13a entsteht, wobei die Keim-Kornstruktur 13a eine deutlich geringere Korndichte N_K0 aufweist als im ersten Ausführungsbeispiel. Der Keim-Behälter 1a weist einen Keim-Behälter-Boden 2a auf, der periodisch sich wiederholend in zwei Stufen konisch geformt ist. Ein erster Bodenabschnitt 38 ist trichterförmig ausgebildet und verläuft entgegen die Erstarrungsrichtung 10 spitz zu. Jeder erste Bodenabschnitt 38 ist von einem ringförmig ausgebildeten zweiten Bodenabschnitt 39 umgeben, der im Vergleich zu dem ersten Bodenabschnitt 38 eine geringere Steigung aufweist. Die Bodenabschnitte 38, 39 bilden eine Keim-Behälter-Bodeninnenwand 6a aus. Der Keim-Behälter-Boden 2a wird vorzugsweise aus keramischem Material und insbesondere aus keramischen Platten hergestellt. Durch die Ausbildung des Keim-Behälters 1a kann die Anzahl der Verfahrensschritte deutlich reduziert werden, da bereits die ersten Nichteisenmetall-Keime 29a eine Keim-Kornstruktur 13a aufweisen, die eine geringe Korndichte N_K0 hat.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 6 und 7 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Konstruktiv identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten „b". Der wesentliche Unterschied gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass die ersten Nichteisenmetall-Keime 29b einkristallin ausgebildet sind. Die erste Kokille weist mehrere Keim-Behälter 1b auf, die durch Trennwände 22 voneinander getrennt sind. Jeder Keim-Behälter-Boden 2b ist konisch geformt und läuft entgegen die Erstarrungsrichtung 10 spitz zu. Jeder Keim-Behälter-Boden 2b weist mittig eine Keimkammer 40 auf, die von einem Keimkammer-Boden 41 und Keimkammer-Seitenwänden 42 begrenzt wird. Der Keim-Behälter-Boden 2b, der Keimkammer-Boden 41 und die Keimkammer-Seitenwände 42 bilden jeweils eine Keim-Behälter-Bodeninnenwand 6b aus. In jeder Keimkammer 40 ist ein einkristalliner Nichteisenmetall-Ursprungskeim 43 angeordnet. Durch das Anordnen von flüssigem Nichteisenmetall 9 in dem Keim-Behälter-Innenraum 5b und das anschließende Anschmelzen des einkristallinen Nichteisenmetall-Ursprungskeims 43 wird beim nachfolgenden gerichteten Erstarren des flüssigen Nichteisenmetalls 9 die einkristalline Struktur des Nicheisen-Metall-Ursprungskeims 43 auf den gesamten Keim-Nichteisenmetall-Block 11b übertragen, so dass durch das gerichtete Erstarren in jedem Keim-Behälter 1b ein einkristalliner Keim-Nichteisenmetall-Block 11b entsteht.
Aus dem Keim-Nichteisenmetall-Block 11b werden erste einkristalline Nichteisenmetall-Keime 29b entnommen, wobei die gebildete Keimfläche A wiederum der Bodenfläche AB der Bodeninnenwand 25 des Behälters 23 entspricht. Durch das Anordnen von flüssigem Nichteisenmetall 9 in dem Behälter 23, das Anschmelzen der einkristallinen Nichteisenmetall-Keime 29b und das anschließende gerichtete Erstarren des flüssigen Nichteisenmetalls 9 in der Erstarrungsrichtung 10 wird die einkristalline Struktur der Nichteisenmetall-Keime 29b auf den gesamten Nichteisenmetall-Block 16b übertragen. Bei einer entsprechenden Steuerung des Erstarrens mittels der Heizelemente entsteht ein einkristalliner Nichteisenmetall-Block 16b, der zu einkristallinen Solarzellen weiterverarbeitet werden kann. Bei der Verwendung von einkristallinen Nichteisenmetall-Keimen 29b ist eine mehrmalige Durchführung des Verfahrens nicht erforderlich.
Durch die Vorgabe von Nichteisenmetall-Keimen, die eine Keimfläche A bilden, welche der Bodenfläche A_B des Behälters 23 entspricht, ist es möglich, auf einfache Weise eine für die Herstellung von Solarzellen vorteilhafte Kristallstruktur in einem Nichteisenmetall-Block fortzusetzen und somit Ausgangsmaterial für die Herstellung von Solarzellen zu schaffen. Die Nichteisenmetall-Keime können einkristallin oder multikristallin sein. Bei multikristallinen Nichteisenmetall-Keimen kann durch eine mehrmalige Durchführung des Verfahrens ein Nichteisenmetall-Block erzeugt werden, der die Herstellung von multikristallinen Solarzellen erlaubt, die im Vergleich zu den bekannten multikristallinen Solarzellen einen verbesserten Wirkungsgrad aufweisen. Dies erfolgt dadurch, dass aus dem gerichtet erstarrten Nichteisenmetall-Block des vorangegangenen Verfahrensschritts ein Bereich ausgewählt und entnommen wird, der große einkristalline Körner und somit eine geringe Korndichte aufweist, wobei dieser Bereich als Nichteisenmetall-Keim für den nachfolgenden Verfahrensschritt verwendet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist einfach und kann automatisiert werden, so dass die Herstellungskosten von aus den hergestellten Nichteisenmetall-Blöcken hergestellten Solarzellen gering sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005037393 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Nichteisenmetall-Blöcken, insbesondere von Silizium-Blöcken für die Fotovoltaik, umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen eines Behälters (23) zum Kristallisieren von flüssigem Nichteisenmetall (9), wobei der Behälter (23) eine Bodeninnenwand (25) aufweist, – Anordnen von mindestens einem ersten Nichteisenmetall-Keim (29; 29a; 29b) in dem Behälter (23), wobei der mindestens eine Nichteisenmetall-Keim (29; 29a; 29b) eine Keimfläche (A) bildet, die einer Bodenfläche (A_B) der Bodeninnenwand (25) entspricht, – Anordnen von flüssigem Nichteisenmetall (9) in dem Behälter (23), – Anschmelzen des mindestens einen Nichteisenmetall-Keims (29; 29a; 29b) zumindest in einem dem flüssigen Nichteisenmetall (9) zugewandten Anschmelzbereich (30), und – Erstarren des flüssigen Nichteisenmetalls (9) zu einem ersten Nichteisenmetall-Block (16; 16a; 16b), wobei das Erstarren ausgehend von dem Anschmelzbereich (30) gerichtet in einer Erstarrungsrichtung (10) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodeninnenwand (25) eben ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Nichteisenmetall-Keim (29; 29a; 29b) plattenförmig ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Nichteisenmetall-Keim (29; 29a; 29b) eine Keim-Höhe (H_K) und eine Keim-Breite (B_K) aufweist, wobei die Keim-Höhe (H_K) mindestens um einen Faktor 3, insbesondere mindestens um einen Faktor 5, und insbesondere mindestens um einen Faktor 10, kleiner ist, als die Keim-Breite (B_K).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodeninnenwand (25) quadratisch ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodeninnenwand sechseckig ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Nichteisenmetall-Keim (29; 29a) multikristallin ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Nichteisenmetall-Keim (29; 29a) eine Keim-Kornstruktur (13; 13a) mit im Wesentlichen entlang der Erstarrungsrichtung (10) verlaufenden Korngrenzen (15) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, umfassend die folgenden Schritte: – Auswählen eines Bereichs. (32) aus dem erstarrten ersten Nichteisenmetall-Block (16; 16a), wobei der ausgewählte Bereich (32) eine Kornstruktur (31; 31a) aufweist, deren Korndichte (N_K1) geringer ist, als eine Korndichte (N_K0) der Keim-Kornstruktur (13; 13a), – Entnehmen des ausgewählten Bereichs (32) aus dem ersten Nichteisenmetall-Block (16; 16a), – Wiederholen des Verfahrens zumindest bis zu dem Schritt des Erstarrens des flüssigen Nichteisenmetalls (9) zu einem zweiten Nichteisenmetall-Block (34; 34a), wobei als zweiter Nichteisenmetall-Keim (33; 33a) der ausgewählte Bereich (32) des ersten Nichteisenmetall-Blocks (16; 16a) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Nichteisenmetall-Keim (29b) einkristallin ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Nichteisenmetall-Keim (29a; 29b) einem Keim-Nichteisenmetall-Block (11a; 11b) entnommen wird, wobei der Keim-Nichteisenmetall-Block (11a; 11b) in einem Keim-Behälter (1a; 1b) mit einer zumindest teilweise konisch geformten Keim-Behälter-Bodeninnenwand (6a; 6b) gerichtet erstarrt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Keim-Behälter-Bodeninnenwand (6b) eine Keimkammer (40) ausbildet, wobei in der Keimkammer (40) ein einkristalliner Nichteisenmetall-Ursprungskeim (43) angeordnet ist.