DE102012102597A1

DE102012102597A1 - Process for producing a directionally solidified material body, in particular a metal or semimetal body, and uses thereof

Info

Publication number: DE102012102597A1
Application number: DE102012102597A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Birkmann; Frieder Kropfgans
Original assignee: Schott Solar AG
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2012-03-26
Filing date: 2012-03-26
Publication date: 2013-09-26
Anticipated expiration: 2032-03-27
Also published as: WO2013143972A1; DE102012102597B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines gerichtet erstarrten Materialkörpers, insbesondere eines mono- oder quasimonokristallinen Metall- oder Halbmetallkörpers, durch gerichtetes Erstarren aus einer Schmelze, wobei ein Schmelztiegel (1) vorbereitet wird, indem dessen Boden mit einer Mehrzahl von dünnen monokristallinen Keimkristallplatten (2a–2d) mit einer vorbestimmten Orientierung ihrer Kristallachsen bedeckt wird, um eine Keimkristallplattenschicht auszubilden, und in dem so vorbereiteten Schmelztiegel (1) eine Schmelze unter Einwirkung eines in einer vertikalen Richtung vorherrschenden Temperaturgradienten zu dem Materialkörper (Ingot) gerichtet erstarrt wird. Erfindungsgemäß ist eine der Kristallachsen der Keimkristallplatten (2a–2d) relativ zu der vertikalen Richtung (z) um einen vorbestimmten spitzen Verkippungswinkel (α) verkippt und sind unmittelbar zueinander benachbarte Keimkristallplatten unterschiedlich orientiert. Die Abweichung der Oberfläche des Kristalls von der idealen (001)-Richtung ist erfindungsgemäß vernachlässigbar, sodass insbesondere mittels alkalischer Textur effiziente Solarzellen ausgebildet werden können. Es wurde insbesondere beobachtet, dass etwaige Versetzungscluster in dem Materialblock nicht mit der Anordnung der Stöße der ursprünglich auf dem Tiegelboden ausgelegten Keimkristallplatten korrelieren und sich nicht weiter in den Materialkörper hinein ausbreiten können.The invention relates to a method for producing a directionally solidified material body, in particular a mono- or quasi-monocrystalline metal or semi-metal body, by directional solidification from a melt, a crucible (1) being prepared by the bottom of which is provided with a plurality of thin monocrystalline seed crystal plates ( 2a-2d) is covered with a predetermined orientation of its crystal axes in order to form a seed crystal plate layer, and in the crucible (1) thus prepared, a melt is solidified in the direction of the material body (ingot) under the influence of a temperature gradient prevailing in a vertical direction. According to the invention, one of the crystal axes of the seed crystal plates (2a-2d) is tilted relative to the vertical direction (z) by a predetermined acute tilt angle (α) and immediately adjacent seed crystal plates are differently oriented. The deviation of the surface of the crystal from the ideal (001) direction is negligible according to the invention, so that efficient solar cells can be formed in particular by means of an alkaline texture. It has been observed in particular that any dislocation clusters in the material block do not correlate with the arrangement of the joints of the seed crystal plates originally laid out on the crucible bottom and cannot spread further into the material body.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Herstellung von vergleichsweise großen Materialrohlingen mit reduzierter Versetzungsdichte durch gerichtete Erstarrung aus einer Schmelze, insbesondere nach dem Vertical-Gradient-Freeze-Verfahren (nachfolgend auch VGF-Verfahren genannt), insbesondere von monokristallinen oder quasimonokristallinen Metall- oder Halbmetallkörpern, bevorzugt von monokristallinem oder quasimonokristallinem Silizium, für Anwendungen in der Photovoltaik oder von Germaniumkristallen.The present invention generally relates to the production of relatively large material blanks with reduced dislocation density by directional solidification from a melt, in particular according to the vertical gradient freeze method (hereinafter also referred to as VGF method), in particular of monocrystalline or quasi-monocrystalline metal or semimetal bodies, preferably of monocrystalline or quasi-monocrystalline silicon, for applications in photovoltaics or germanium crystals.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Solarzellen sollen einen möglichst hohen Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Solarstrahlung in Strom aufweisen. Dieser ist von mehreren Faktoren abhängig, wie unter anderem von der Reinheit des Ausgangsmaterials, dem Eindringen von Verunreinigungen während der Kristallisation von den Berührungsflächen des Kristalls mit dem Tiegel in das Kristallinnere, dem Eindringen von Sauerstoff und Kohlenstoff aus der umgebenden Atmosphäre in das Kristallinnere und auch von der Kristallinität und Defektfreiheit des Wafermaterials.Solar cells should have the highest possible efficiency in the conversion of solar radiation into electricity. This is dependent on several factors, among others, the purity of the starting material, the penetration of impurities during crystallization from the contact surfaces of the crystal with the crucible into the interior of the crystal, the penetration of oxygen and carbon from the surrounding atmosphere into the interior of the crystal and also on the crystallinity and defect-freeness of the wafer material.

Aus dem Stand der Technik ist die Herstellung von monokristallinem Silizium nach dem Czochralski-Verfahren und dem Floating Zone-Verfahren bekannt. Damit lässt sich monokristallines Silizium mit niedriger Versetzungsdichte und einer definierten Orientierung herstellen. Damit hergestellte Ingots ermöglichen zwar einen hohen Wirkungsgrad daraus hergestellter Solarzellen, haben jedoch einen runden Querschnitt, was einen sehr hohen Schnittverlust bei der Herstellung der üblicherweise quasi-quadratischen oder quadratischen Wafer für Anwendungen in der Photovoltaik bedingt.From the prior art, the production of monocrystalline silicon by the Czochralski method and the floating zone method is known. This makes it possible to produce monocrystalline silicon with a low dislocation density and a defined orientation. Although ingots produced with them enable a high degree of efficiency of solar cells produced therefrom, they have a round cross-section, which results in a very high cutting loss in the production of the usually quasi-square or square wafers for applications in photovoltaics.

Die Massenfertigung von Si-Solarzellen erfolgt derzeit deshalb zum Großteil unter Verwendung von multikristallinen Wafern. Diese werden aus großen Ingots gesägt, welche mit Hilfe von gerichteter Erstarrung in Bridgeman-ähnlichen Anlagen kristallisiert werden. Dazu wird festes Silizium in einem Tiegel aufgeschmolzen oder flüssiges Silizium wird in einen Tiegel gegossen. Anschließend erfolgt eine kontrollierte gerichtete Erstarrung vom Tiegelboden beginnend in Richtung Schmelzoberfläche.The mass production of Si solar cells is therefore currently largely using multicrystalline wafers. These are sawn from large ingots, which are crystallized by directional solidification in Bridgeman-like plants. For this purpose, solid silicon is melted in a crucible or liquid silicon is poured into a crucible. This is followed by a controlled directed solidification from the bottom of the crucible, starting in the direction of the enamel surface.

Aus Gründen der Wirkungsgradsteigerung bei Solarzellen ist eine Vorzugsorientierung der Waferoberfläche wünschenswert, die aus einer kristallographischen (100)-Fläche besteht. Eine solche einheitliche Orientierung lässt sich durch die Verwendung von Keimkristallplatten erzielen, die zur Vorbereitung des Schmelztiegels für den obigen Prozess einer gerichteten Erstarrung der Schmelze den Boden des Schmelztiegels möglichst vollständig bedecken. Schmelztiegel haben heutzutage Abmessungen von beispielsweise 900 mm × 900 mm. Die größten derzeit verfügbaren einkristallinen Silizium-Kristalle, die als Keim dienen können, haben jedoch eine Zylinderform mit einem Durchmesser von etwa 300 mm. Gezeigt, aber noch nicht kommerziell erhältlich, sind auch Ingots mit 450 mm Durchmesser.For reasons of increasing the efficiency of solar cells, a preferred orientation of the wafer surface is desirable, which consists of a crystallographic (100) surface. Such a uniform orientation can be achieved through the use of seed crystal plates that cover the bottom of the crucible as completely as possible to prepare the crucible for the above process of directional solidification of the melt. Crucibles today have dimensions of, for example, 900 mm × 900 mm. However, the largest currently available monocrystalline silicon crystals which can serve as a seed have a cylindrical shape with a diameter of about 300 mm. Shown, but not yet commercially available, are 450 mm diameter ingots.

J. D. Hylton et al., „Alkaline Etching for Reflectance Reduction in Multicrystalline Silicon Solar Cells”, Journal of the Electrochemical Society, 151 (6) G408–G427 (2004) offenbart ein Verfahren zur Wirkungsgradsteigerung bei Solarzellen, die im wesentlichen darauf beruht, dass sich durch die (100)-Oberfläche eine Textur anwenden lässt, die zu Pyramidenstrukturen auf der Waferoberfläche führt, die wiederum eine besonders effektive Lichteinkopplung bewirken. JD Hylton et al., "Alkaline Etching for Reflectance Reduction in Multicrystalline Silicon Solar Cells", Journal of the Electrochemical Society, 151 (6) G408-G427 (2004) discloses a method for increasing the efficiency of solar cells, which is based essentially on the fact that a texture can be applied by the (100) surface, which leads to pyramid structures on the wafer surface, which in turn cause a particularly effective light coupling.

Nach dem Stand der Technik verwendet man zum Bedecken des Bodens des Schmelztiegels eine Mehrzahl von orientierten Keimkristallplatten mit einem quadratischen Querschnitt (in Draufsicht). Die Stöße dieser Keime sind jedoch nicht atomar perfekt, sei es dass minimale Verkippungen und Verschiebungen, Belegungen mit Oxiden, Verschmutzungen oder entsprechende Effekte vorliegen. Dies führt nach dem Anschmelzen der Keime zu Beginn des Kristallwachstums zur Bildung von Defekten, um den sogenannten ”Misfit” zwischen den Kristallgittern auf beiden Seiten auszugleichen, und schließlich zur Ausbildung von Kleinwinkelkomgrenzen über dem Keimstoss, die sich im Verlauf der weiteren Kristallisation in den Kristall hinein ausbreiten und schließlich den Wafer teilweise oder komplett belegen.In the prior art, a plurality of oriented seed crystal plates having a square cross section (in plan view) are used to cover the bottom of the crucible. However, the collisions of these germs are not atomically perfect, be it that there are minimal tilting and displacements, deposits with oxides, soiling or corresponding effects. This results in nucleation of the nuclei at the onset of crystal growth, to compensate for the so-called "misfit" between the crystal lattices on both sides, and finally to the formation of small-angle comrades above the nucleus, which builds up in the crystal during further crystallization spread out and eventually occupy the wafer partially or completely.

Diese Kleinwinkelkomgrenzen sind vergleichbar zu Versetzungsclustern in einem multikristallinen Material und haben einen negativen Einfluss auf die Eigenschaften von aus dem Ingot nach der gerichteten Erstarrung abgetrennten Materialplatten, insbesondere Si-Wafern für Anwendungen in der Photovoltaik.These small angle comrades are comparable to dislocation clusters in a multicrystalline material and have a negative impact on the properties of slabs of material separated from the ingot after directional solidification, particularly Si wafers for photovoltaic applications.

Insbesondere führen diese Kleinwinkelkorngrenzen und Versetzungscluster zu Verlusten im Wirkungsgrad, der Leerlaufspannung und im Kurzschlußstrom der Solarzelle.In particular, these small angle grain boundaries and dislocation clusters lead to losses in the efficiency, the open circuit voltage and the short circuit current of the solar cell.

Die Bildung von Versetzungen und deren zugrunde liegende Prinzipien bei der Herstellung von multikristallinen Si-Ingots durch gerichtete Erstarrung werden u. a. beschrieben in Ryningen et. al. ”Growth of dislocation clusters in directionally solidified silicon”, Proc. 23rd Europ. Photovoltaic Solar Energy Conference, Valencia, 2008 , in Ervik et. al. ”Dislocation formation at Σ = 27a boundaries in multicrystalline silicon for solar cells”, Proc. 26th Europ. Photovoltaic Solar Energy Conference, Hamburg, 2011 sowie in Julsrud et al. „Directionally solidified multicrystalline silicon: Industrial perspectives, objectives and challenges”, Proc. 3rd Internat. Workshop n Crystalline Silicon Solar Cells, Trondheim, 2009 .The formation of dislocations and their underlying principles in the production of multicrystalline Si ingots by directional solidification are described in, inter alia Ryningen et. al. "Growth of dislocation clusters in directionally solidified silicon", Proc. 23rd Europ. Photovoltaic Solar Energy Conference, Valencia, 2008 , in Ervik et. al. "Dislocation formation at Σ = 27a boundaries in multicrystalline silicon for solar cells ", Proc. 26th Europ. Photovoltaic Solar Energy Conference, Hamburg, 2011 as in Julsrud et al. "Directionally solidified multicrystalline silicon: Industrial perspectives, objectives and challenges", Proc. 3rd boarding school. Workshop n Crystalline Silicon Solar Cells, Trondheim, 2009 ,

WO 2009/014957 A2 und WO 2007/084934 A2 offenbaren ein Verfahren zur Herstellung eines monokristallinen Si-Ingots durch gerichtetes Erstarren, wobei ein Schmelztiegel vorbereitet wird, indem dessen Boden mit einer Mehrzahl von dünnen monokristallinen Keimkristallplatten vollständig bedeckt wird, um eine Keimkristallplattenschicht auszubilden, und in dem so vorbereiteten Schmelztiegel eine Si-Schmelze unter Einwirkung eines in einer vertikalen Richtung vorherrschenden Temperaturgradienten zu dem monokristallinen Si-Ingot gerichtet erstarrt wird. Die Keimkristallplatten haben einen quadratischen Querschnitt und werden an deren Rändern unmittelbar aneinander anliegend auf dem Boden des Schmelztiegels angeordnet, um eine im Wesentlichen geschlossene Keimkristallplattenschicht auszubilden. Offenbart ist zunächst eine Anordnung der Keimkristallplatten auf dem Boden des Schmelztiegels, so wie in der 1 abgebildet, bei der sämtliche Keimkristallplatten die gleiche Orientierung haben. Offenbart wird auch eine Ausführungsform, bei der die Keimkristallplatten so auf dem Boden angeordnet werden, dass jeweils zueinander benachbarte Keimkristallplatten unterschiedlich orientiert sind, nämlich mit jeweils unterschiedlicher Orientierung ihrer (110)-Kristallachsen in einer Ebene, die zu dem Tiegelboden parallel ist. Damit kann jedoch die Ausbildung von Kleinwinkelkomgrenzen nicht immer wirkungsvoll unterdrückt werden. Die Handhabung der relativ vielen kleinen Keimkristallplatten ist schwierig, was die Qualität des Si-Ingots beeinträchtigen kann. WO 2009/014957 A2 and WO 2007/084934 A2 disclose a method for producing a monocrystalline Si ingot by directional solidification, preparing a crucible by completely covering its bottom with a plurality of thin monocrystalline seed crystal plates to form a seed crystal plate layer, and placing an Si melt in the thus prepared crucible Influence of a prevailing in a vertical direction temperature gradient is directed to the monocrystalline Si ingot directionally solidified. The seed crystal plates have a square cross section and are placed at their edges immediately adjacent to each other on the bottom of the crucible to form a substantially closed seed crystal plate layer. Disclosed is first an arrangement of the seed crystal plates on the bottom of the crucible, as in the 1 shown, in which all seed crystal plates have the same orientation. An embodiment is also disclosed in which the seed crystal plates are arranged on the bottom in such a way that mutually adjacent seed crystal plates are oriented differently, namely with different orientation of their (110) crystal axes in a plane which is parallel to the crucible bottom. Thus, however, the formation of Kleinwinkelkomgrenzen can not always be effectively suppressed. The handling of the relatively many small seed crystal plates is difficult, which can affect the quality of the Si ingot.

Zusamenfassung der ErfindungSummary of the invention

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines gerichtet erstarrten Materialkörpers, insbesondere eines mono- oder quasimonokristallinen Metall- oder Halbmetallkörpers, beispielsweise eines Si-Ingots, durch gerichtetes Erstarren aus einer Schmelze bereitzustellen, womit sich großvolumige Ingotbereiche mit einer reduzierten Versetzungsdichte ausbilden lassen. Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft ferner die Verwendung von mittels eines solchen Verfahrens hergestellten Si-Wafers für Anwendungen in der Photovoltaik sowie einen entsprechend hergestellten Si-Wafer.The object of the present invention is to provide a method for producing a directionally solidified material body, in particular a mono- or quasi-monocrystalline metal or semimetal body, for example a Si ingot, by directed solidification from a melt, with which large-volume ingot areas with a reduced dislocation density are formed to let. Another aspect of the present invention further relates to the use of Si wafer produced by such a method for applications in photovoltaics and a correspondingly produced Si wafer.

Diese Aufgaben werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren nach Anspruch 1, eine Verwendung nach Anspruch 10, einen Wafer nach Anspruch 11 sowie eine Si-Solarzelle nach Anspruch 17 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der rückbezogenen Unteransprüche.These objects are achieved according to the present invention by a method according to claim 1, a use according to claim 10, a wafer according to claim 11 and a Si-solar cell according to claim 17. Further advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Der vorliegenden Erfindung liegt zugrunde, dass die Erfinder in aufwändigen Versuchsreihen festgestellt haben, dass der Übergang der Ausbildung von Kleinwinkelkomgrenzen zur Ausbildung von Großwinkelkorngrenzen nicht kontinuierlich mit der Verkippung der Hauptorientierung von zwei unmittelbar aneinander angrenzenden Keimkristallplatten erfolgt, sondern dass vielmehr ein abrupter Übergang zwischen einem ersten Bereich, in welchem überwiegend Kleinwinkelkomgrenzen an den Stößen von unmittelbar aneinander angrenzenden Keimkristallplatten ausgebildet werden, und einem zweiten Bereich besteht, in welchem überwiegend Großwinkelkorngrenzen an den Stößen von unmittelbar aneinander angrenzenden Keimkristallplatten ausgebildet werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden unmittelbar aneinander angrenzende Keimkristallplatten gezielt jeweils unterschiedlich orientiert auf dem Tiegelboden angeordnet, sodass anstelle von Kleinwinkelkomgrenzen überwiegend Großwinkelkorngrenzen an den Stößen von unmittelbar aneinander angrenzenden Keimkristallplatten ausgebildet werden. Im Gegensatz zu Kleinwinkelkomgrenzen multiplizieren sich die Großwinkelkorngrenzen nicht und breiten sich nicht im Ingot aus. Auf diese Weise lassen sich in überraschend einfacher Weise großflächige monokristalline Materialscheiben mit homogeneren Eigenschaften ausbilden, insbesondere Si-Wafer mit einer weiter reduzierten Versetzungsdichte, was erfindungsgemäß weitere Effizienzsteigerungen aber auch Kostenreduzierungen für Anwendungen in der Photovoltaik ermöglicht.The present invention is based on the fact that the inventors have determined in elaborate test series that the transition of the formation of Kleinwinkelkomgrenzen to form large-angle grain boundaries does not occur continuously with the tilt of the main orientation of two adjacent seed crystal plates, but rather an abrupt transition between a first A region in which predominantly Kleinwinkelkomgrenzen at the bumps of directly adjacent seed crystal plates are formed, and a second region in which predominantly large angle grain boundaries at the joints of immediately adjacent seed crystal plates are formed. According to the present invention, seed crystal plates directly adjoining each other are arranged selectively oriented differently on the crucible bottom, so that instead of small angle grain boundaries, large angle grain boundaries are predominantly formed at the joints of seed crystal plates directly adjoining one another. In contrast to Kleinwinkelkomgrenzen the large angle grain boundaries do not multiply and do not propagate in the ingot. In this way, large-area monocrystalline material disks with more homogeneous properties can be formed in a surprisingly simple manner, in particular Si wafers with a further reduced dislocation density, which according to the invention allows further increases in efficiency but also cost reductions for applications in photovoltaics.

Somit wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines gerichtet erstarrten Materialkörpers, insbesondere eines mono- oder quasimonokristallinen Metall- oder Halbmetallkörpers, durch gerichtetes Erstarren aus einer Schmelze bereitgestellt, wobei ein Schmelztiegel vorbereitet wird, indem dessen Boden mit einer Mehrzahl von dünnen monokristallinen Keimkristallplatten aus dem gleichen Material wie der spätere Materialkörper und mit einer vorbestimmten Orientierung ihrer Kristallachsen bevorzugt vollständig bedeckt wird, um eine Keimkristallplattenschicht auszubilden; und in dem so vorbereiteten Schmelztiegel eine Schmelze, insbesondere eine Halbmetall- oder Metallschmelze wie beispielsweise eine Si-Schmelze, unter Einwirkung eines in einer vertikalen Richtung vorherrschenden Temperaturgradienten zu dem monokristallinen Materialkörper bzw. Ingot gerichtet erstarrt wird, wobei mindestens eine der Kristallachsen der Keimkristallplatten relativ zu der vertikalen Richtung um einen vorbestimmten spitzen Verkippungswinkel verkippt ist und unmittelbar zueinander benachbarte Keimkristallplatten unterschiedlich orientiert sind.Thus, according to the present invention, there is provided a process for producing a directionally solidified material body, in particular a mono- or quasi-monocrystalline metal or semimetal body, by directional solidification from a melt, wherein a crucible is prepared by forming its bottom with a plurality of thin monocrystalline seed crystal plates is preferably completely covered by the same material as the later material body and with a predetermined orientation of its crystal axes to form a seed crystal plate layer; and in the thus prepared crucible, a melt, in particular a semi-metal or molten metal such as a Si melt is directionally directed to the monocrystalline material body or ingot under the action of a temperature gradient prevailing in a vertical direction, wherein at least one of the crystal axes of the seed crystal plates relative is tilted to the vertical direction by a predetermined acute tilt angle and immediately to each other adjacent seed crystal plates are oriented differently.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass auf diese Weise aus dem so hergestellten Ingot insbesondere Si-Wafer ausgebildet werden können, wobei die Abweichung deren Oberfläche von der idealen (001)-Richtung vernachlässigbar, jedenfalls nicht zu groß, ist, sodass effiziente Solarzellen ausgebildet werden können. Entsprechende Vorteile zeigen sich auch bei anderen Materialien als Silizium. Es wurde insbesondere von den Erfindern beobachtet, dass etwaige Versetzungscluster in dem Materialblock nicht mit der Anordnung der Stöße der ursprünglich auf dem Tiegelboden ausgelegten Keimkristallplatten korrelieren.Surprisingly, it has been found that in this way, in particular Si wafers can be formed from the ingot produced in this way, the deviation of their surface from the ideal (001) direction being negligible, in any case not too great, so that efficient solar cells can be formed , Corresponding advantages are also evident in materials other than silicon. In particular, it has been observed by the inventors that any dislocation clusters in the block of material do not correlate with the placement of the collisions of the seed crystal plates originally laid out on the crucible bottom.

Bei dem Verfahren können im Vergleich zum Stand der Technik insgesamt relativ lange Keimkristallplatten eingesetzt werden, die eine Reihe von Vorteilen bedingen. Aufgrund der Verwendung langer Keimkristallplatten wird die Stoßlänge zwischen unmittelbar benachbarten Keimkristallplatten insgesamt halbiert, wodurch insgesamt verringerte Möglichkeiten für die Bildung von Versetzungsclustern bestehen. Zusätzlich ergibt sich ein verbesserter Wärmefluss in y-Richtung, da die thermisch isolierenden Stöße fehlen, was in einer insgesamt homogeneren Temperatur-Verteilung und einem verbesserten Ankeimen resultiert. Ferner bewirken die relativ langen Keimkristallplatten eine Diffusionssperre gegen das Eindringen von Verunreinigungen von unten, da Spalte als eine Art Diffusionskanal für Verunreinigungen dienen.In the method, relatively long seed crystal plates can be used in comparison to the prior art, which require a number of advantages. Due to the use of long seed crystal plates, the collision length between immediately adjacent seed crystal plates is halved overall, resulting in overall reduced opportunities for the formation of dislocation clusters. In addition, there is an improved heat flow in the y-direction, since the thermally insulating shocks are missing, resulting in a more homogeneous overall temperature distribution and an improved seeding. Furthermore, the relatively long seed crystal plates provide a diffusion barrier against the ingress of contaminants from below, since gaps serve as a kind of diffusion channel for contaminants.

Bei dem Verfahren wird der Boden des Schmelztiegels vor dem Einbringen des Ausgangsmaterials, insbesondere eines Halbmetall- oder Metall-Ausgangsmaterials oder einer Halbmetall- oder Metallschmelze, in den Schmelztiegel mit einer dünnen monokristallinen Keimkristallplattenschicht mit einer geeigneten Kristallorientierung, wie nachfolgend beschrieben, bedeckt. Die Keimkristallplatten bestehen aus dem gleichen Material wie der herzustellende Materialkörper bzw. Ingot. Dabei wird die Temperatur des Bodens des Schmelztiegels während des gesamten Prozesses, einschließlich der Phase des gesamten gerichteten Erstarrens zu dem monokristallinen Halbmetall- oder Metallkörper, bevorzugt auf einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Ausgangsmaterials gehalten, um ein Schmelzen der Keimkristallplattenschicht jedenfalls bis hinab zum Boden des Schmelztiegels zu verhindern. Die Temperatur des Bodens des Schmelztiegels kann überwacht und geeignet gesteuert oder geregelt werden, beispielsweise durch Steuern oder Regeln der Temperatur einer im Bereich des Bodens vorgesehen Heizeinrichtung, der Temperatur einer im Bereich des Bodens vorgesehenen Kühleinrichtung, der Stellung einer Tiegelaufstellplatte in Bezug zu einer dort vorgesehenen Heizeinrichtung oder Kühleinrichtung, der Stellung eines verstellbaren Strahlungsschilds oder dergleichen. Durch geeignete Steuerung oder Regelung, sodass die Temperatur des Bodens unterhalb der Schmelztemperatur des Halbmetalls oder Metalls ist, kann gewährleistet werden, dass die Keimkristallplattenschicht die Kristallorientierung zuverlässig vorgibt.In the method, the bottom of the crucible is covered with a thin monocrystalline seed crystal plate layer having a suitable crystal orientation as described below before introducing the starting material, in particular a semi-metal or metal starting material or a semi-metal or molten metal, into the crucible. The seed crystal plates are made of the same material as the material body or ingot to be produced. The temperature of the bottom of the crucible during the entire process, including the phase of total directional solidification to the monocrystalline metal or metal body, preferably maintained at a temperature below the melting temperature of the starting material to a melting of the seed crystal plate layer at least down to the bottom of the Prevent crucible. The temperature of the bottom of the crucible may be monitored and appropriately controlled, for example by controlling the temperature of a heater provided in the region of the bottom, the temperature of a cooling device provided in the region of the bottom, the position of a crucible mounting plate in relation to a there provided Heating device or cooling device, the position of an adjustable radiation shield or the like. By suitable control or regulation so that the temperature of the bottom is below the melting temperature of the semi-metal or metal, it can be ensured that the seed crystal plate layer reliably predetermines the crystal orientation.

Die Kristallorientierung der monokristallinen Keimkristallplattenschicht ist somit erfindungsgemäß nicht exakt parallel zur gewünschten Kristallorientierung des herzustellenden Halbmetall- oder Metallkörpers, sondern um einen geringen Winkel relativ zu diesem gezielt verkippt. Zudem sind die einzelnen Keimkristallplatten bevorzugt auch gegeneinander verkippt, wie nachfolgend ausgeführt.The crystal orientation of the monocrystalline seed crystal plate layer is thus according to the invention not exactly parallel to the desired crystal orientation of the semi-metal or metal body to be produced, but tilted by a small angle relative to this targeted. In addition, the individual seed crystal plates are preferably also tilted against each other, as explained below.

Die Keimkristallplatten weisen bevorzugt eine identische Dicke auf, um die Ausbildung von Versetzungen bzw. eines Versatzes an der Grenzfläche zwischen Keimkristallplattenschicht und Schmelze beim gerichteten Erstarren der Schmelze zu unterdrücken. Die Dicke ist dabei bevorzugt so bemessen, dass Schwankungen der Temperatur im Bereich des Bodens des Schmelztiegels, wie diese insbesondere aufgrund von Zeitkonstanten der Temperatursteuerung oder Temperaturregelung auftreten, unter keinen Umständen zu einem Durchschmelzen der Keimkristallplattenschicht bis hinab zu dem Boden des Schmelztiegels führen können. Grundsätzlich ist die Dicke der Keimkristallplattenschicht jedoch bevorzugt zu minimieren, um die Herstellungskosten zu minimieren.The seed crystal plates preferably have an identical thickness to suppress the formation of dislocations at the interface between seed crystal plate layer and melt in the directional solidification of the melt. The thickness is preferably dimensioned such that fluctuations of the temperature in the region of the bottom of the crucible, as they occur in particular due to time constants of the temperature control or temperature control, can under no circumstances lead to a melting of the seed crystal plate layer down to the bottom of the crucible. Basically, however, the thickness of the seed crystal plate layer is preferably to be minimized to minimize manufacturing costs.

Bevorzugt wird die Grundfläche des Schmelztiegels möglichst groß gewählt und sollte das Herausschneiden von z. B. sechzehn (= 4 × 4) 6-Zoll-Bricks (G4), fünfundzwanzig (= 5 × 5) 6-Zoll-Bricks (G5) oder 36 (= 6 × 6) 6-Zoll-Bricks (G6) aus einem Ingot ermöglichen. Bevorzugt werden dabei Schmelztiegel mit Abmessungen von 720 × 720 mm (G4) oder 880 × 880 mm (G5) oder 1040 × 1040 mm (G6). Auf diese Grundfläche werden erfindungsgemäß bevorzugt zwei oder vier oder auch mehr Keimkristallplatten oder versetzungslinienfreie Unterabschnitte der einzelnen Keimkristallplatten gleichmäßig verteilt.Preferably, the base of the crucible is chosen to be as large as possible and the cutting out of z. Sixteen (= 4 x 4) 6-inch bricks (G4), twenty-five (= 5 x 5) 6-inch bricks (G5), or 36 (= 6 x 6) 6-inch bricks (G6) allow an ingot. Crucibles with dimensions of 720 × 720 mm (G4) or 880 × 880 mm (G5) or 1040 × 1040 mm (G6) are preferred. According to the invention, preferably two or four or more seed crystal plates or dislocation-free subsections of the individual seed crystal plates are uniformly distributed on this base surface.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung werden die Keimkristallplatten und deren Ränder dergestalt bearbeitet, dass diese unmittelbar und mit minimalen Verkippungen und Versetzungen aneinander gesetzt werden können, sodass der Boden des Schmelztiegels vollständig bedeckt werden kann. Auf diese Weise können erfindungsgemäß aus einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Ingot Scheiben herausgeschnitten werden, deren Fläche sehr viel größer ist als die Fläche der ursprünglich auf dem Tiegelboden angeordneten Keimkristallplatten. Diese Scheiben können sehr homogen und versetzungsarm hergestellt werden, weil in diesen vorhandene Versetzungscluster, wie etwa Korngrenzen, erfindungsgemäß nicht mit der Anordnung der Stöße der ursprünglich auf dem Tiegelboden ausgelegten Keimkristallplatten korrelieren. Grundsätzlich können die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Scheiben bzw. Wafer sogar vollkommen frei von Versetzungsclustern und Kleinwinkelkomgrenzen sein.According to another aspect of the present invention, the seed crystal plates and their edges are machined so that they can be placed together immediately and with minimal tilting and dislocations so that the bottom of the crucible can be completely covered. In this way, according to the invention, slices can be cut out of an ingot produced according to the method according to the invention whose area is much larger than the area of the seed crystal plates originally arranged on the crucible bottom. These discs can be made very homogeneous and dislocation, because in this existing dislocation cluster, such as grain boundaries, according to the invention does not correlate with the arrangement of the collisions of the originally designed on the crucible bottom seed plates. In principle, the wafers or wafers produced by the method according to the invention can even be completely free of dislocation clusters and small-angle comrades.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt der vorbestimmte Verkippungswinkel (α) 5° bis 25°. Auf diese Weise kann eine Ausbildung von Versetzungen noch wirkungsvoller unterbunden werden.According to a further embodiment, the predetermined tilt angle (α) is 5 ° to 25 °. In this way, a formation of dislocations can be more effectively prevented.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist der Verkippungswinkel von zwei unmittelbar zueinander benachbarten Keimkristallplatten bezüglich der vertikalen Richtung jeweils gleich, hat jedoch ein entgegengesetztes Vorzeichen. Dadurch kann in einfacher Weise mittels einer regelmäßigen Anordnung von Keimkristallplatten auf dem Tiegelboden ein vergleichsweise großer und stets präzise einstellbarer Verkippungswinkel eingestellt werden, was die Ausbildung von Großwinkelkorngrenzen im Gegensatz zu den Kleinwinkelkomgrenzen favorisiert.According to another aspect of the present invention, the tilt angle of two seed crystal plates immediately adjacent to each other with respect to the vertical direction is the same, but has an opposite sign. As a result, a comparatively large and always precisely adjustable tilt angle can be set in a simple manner by means of a regular arrangement of seed crystal plates on the bottom of the crucible, which favors the formation of large angle grain boundaries in contrast to the small angle commands.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weicht der Verkippungswinkel von zwei unmittelbar zueinander benachbarten Keimkristallplatten bezüglich der vertikalen Richtung jeweils um einen Mindestwinkel voneinander ab, der geeignet ist, um an den Stoßstellen zwischen unmittelbar benachbarten Keimkristallplatten die Ausbildung von Großwinkelkorngrenzen im Gegensatz zu den unerwünschten Kleinwinkelkorngrenzen zu favorisieren.According to a further aspect of the present invention, the tilt angle of two mutually adjacent seed crystal plates with respect to the vertical direction each differ by a minimum angle, which is suitable for the formation of large angle grain boundaries at the joints between immediately adjacent seed crystal plates in contrast to the unwanted small angle grain boundaries favor.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist der Mindestwinkel größer als 5°, bevorzugter größer als 7,5° und noch bevorzugter größer als 10°. Auf diese Weise kann die Ausbildung von Großwinkelkorngrenzen im Gegensatz zu Kleinwinkelkomgrenzen in einfacher Weise favorisiert werden.According to another aspect of the present invention, the minimum angle is greater than 5 °, more preferably greater than 7.5 ° and more preferably greater than 10 °. In this way, the formation of large-angle grain boundaries, in contrast to Kleinwinkelkomgrenzen be favored in a simple manner.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung liegt der Mindestwinkel im Bereich zwischen 7,5° und 25°. Auf diese Weise kann die Ausbildung von Großwinkelkorngrenzen im Gegensatz zu Kleinwinkelkomgrenzen in einfacher Weise favorisiert werden.According to a further aspect of the present invention, the minimum angle is in the range between 7.5 ° and 25 °. In this way, the formation of large-angle grain boundaries, in contrast to Kleinwinkelkomgrenzen be favored in a simple manner.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird der Verkippungswinkel von Keimkristallplatten, die entlang einer Richtung, die senkrecht zu der vertikalen Richtung (z) ist, zu deren Orientierung in jeweils gleichen Winkelschritten um die vertikale Richtung weitergedreht. Mit anderen Worten, der Verkippungswinkel rotiert entlang der Richtung der Aufreihung der benachbarten Keimkristallplatten um die vertikale Richtung in vorbestimmten diskreten Winkelschritten mit einer über die Orientierung der Keimkristallplatten einfach vorgebbaren Mindestgröße. Bevorzugt entsprechen diese Winkelschritte einem ganzzahligen Bruchteil von 90°, sodass eine periodische Aneinanderreihung der Keimkristallplatten entlang einer Richtung oder von zwei zueinander orthogonalen Raumrichtungen in der Ebene des Tiegelbodens ausgebildet wird.According to another aspect of the present invention, the tilt angle of seed crystal plates that are further rotated along a direction perpendicular to the vertical direction (z) to their orientation in equal angular increments about the vertical direction. In other words, the tilt angle rotates along the direction of the alignment of the adjacent seed crystal plates about the vertical direction in predetermined discrete angular steps with a minimum size that can be easily predefined via the orientation of the seed crystal plates. Preferably, these angular steps correspond to an integer fraction of 90 °, so that a periodic juxtaposition of the seed crystal plates along one direction or of two mutually orthogonal spatial directions in the plane of the crucible bottom is formed.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei den Keimkristallplatten um orientierte Platten mit einem quadratischen Querschnitt, die von einem zylindrischen einkristallinen Materialzylinder mit der vorbestimmten Orientierung der Kristallachsen abgetrennt werden. Für Anwendungen in der Photovoltaik handelt es sich bei diesem Materialzylinder zweckmäßig um einen einkristallinen Si-Zylinder, der nach dem Czochralski-Verfahren oder mittels Brigdeman-ähnlicher Anlagen mit sehr homogenen Eigenschaften und nahezu perfekten Eigenschaften hergestellt werden kann.According to another aspect of the present invention, the seed crystal plates are oriented plates having a square cross section, which are separated from a cylindrical single crystal material cylinder having the predetermined orientation of crystal axes. For applications in photovoltaics, this material cylinder is expediently a monocrystalline Si cylinder which can be produced by the Czochralski process or by brimdeman-like systems with very homogeneous properties and almost perfect properties.

Gemäß einem bevorzugten weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung sind die Keimkristallplatten einkristalline Silizium-Keimkristallplatten sind, deren [001]-Kristallachse bezüglich einer Senkrechten auf die Ober- und Unterseite der Keimkristallplatten um den vorbestimmten Verkippungswinkel (α), der von einer Größenordnung ist, wie vorstehend ausgeführt, verkippt ist.According to a preferred further aspect of the present invention, the seed crystal plates are single crystal silicon seed plates whose [001] crystal axis is perpendicular to the top and bottom of the seed crystal plates by the predetermined tilt angle (α) of an order of magnitude as above executed, tilted.

Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung eines Verfahrens, wie vorstehend ausgeführt, zur Herstellung eines monokristallinen Silizium-Ingots für Anwendungen in der Photovoltaik. Von einem solchen monokristallinen Si-Ingot können dünne Si-Wafer mit Abmessungen, die deutlich größer sein können als der Durchmesser der zur Herstellung des Ingots verwendeten Keimkristallplatten, abgetrennt werden.Another aspect of the present invention relates to the use of a method as set forth above for producing a monocrystalline silicon ingot for photovoltaic applications. From such a monocrystalline Si ingot, thin Si wafers having dimensions that can be significantly larger than the diameter of the seed crystal plates used to make the ingot can be separated.

Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Wafer, insbesondere einen Silizium-Wafer, hergestellt nach dem Verfahren wie vorstehend ausgeführt, wobei dieser aus zwei oder mehreren zu einer Waferkante parallel oder nahezu parallel verlaufenden Streifen besteht, in denen die Orientierung der Kristalloberfläche um einen spitzen Winkel verkippt ist. Dabei kann der spitze Winkel (α) im Bereich zwischen 5° und 25° liegen, wie vorstehend ausgeführt.A further aspect of the present invention relates to a wafer, in particular a silicon wafer, produced according to the method as described above, consisting of two or more parallel or nearly parallel to a wafer edge strips in which the orientation of the crystal surface around an acute Angle is tilted. In this case, the acute angle (α) can be in the range between 5 ° and 25 °, as stated above.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen mehr als 70% der Waferfläche mit der {100}-Kristallorientierung eine monokristalline Struktur auf.In another embodiment, more than 70% of the {100} crystal orientation wafer surface has a monocrystalline structure.

Dabei wird die Waferfläche mit der {100}-Kristallorientierung mit einer alkalischen Ätzlösung bevorzugt texturgeätzt. In this case, the wafer surface with the {100} crystal orientation is preferably texture-etched with an alkaline etching solution.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die geätzte Waferfläche mit der {100}-Kristallorientierung pyramidenförmige Erhebungen auf, wobei die Kanten der Grundfläche der pyramidenförmigen Erhebungen einen Winkel von 45° mit den Außenkanten der Waferfläche verlaufen (Kante der Pyramidengrundfläche erstreckt sich <110>-Richtung).According to a further embodiment, the etched wafer surface with the {100} crystal orientation has pyramidal elevations, wherein the edges of the base area of the pyramidal elevations extend at an angle of 45 ° with the outer edges of the wafer surface (edge of the pyramid base extends <110> direction) ,

Ein weitere Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Solarzelle mit einem Silizium-Wafer, wobei zwischen der Waferfläche mit der {100}-Kristallorientierung und der Waferrückfläche ein p/n-Übergang ausgeführt ist, wobei die Waferfläche mit der {100}-Kristallorientierung eine Beschichtung aufweist und wobei zumindest die Waferrückfläche mit Kontakten versehen sindAnother aspect of the present invention relates to a solar cell having a silicon wafer, wherein a p / n junction is formed between the wafer surface having the {100} crystal orientation and the wafer back surface, the wafer surface having the {100} crystal orientation being a coating and wherein at least the wafer back surface are provided with contacts

FigurenübersichtLIST OF FIGURES

Nachfolgend wird die Erfindung in beispielhafter Weise und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, woraus sich weitere Merkmale, Vorteile und zu lösende Aufgaben ergeben werden. Es zeigen:The invention will now be described by way of example and with reference to the accompanying drawings, from which further features, advantages and objects to be achieved will result. Show it:

1 in einer schematischen Draufsicht die Belegung des Bodens eine Schmelztiegels mit einer Mehrzahl von Keimkristallplatten mit gleicher Orientierung bei einem Verfahren gemäß dem Stand der Technik; 1 in a schematic plan view, the occupation of the bottom of a crucible with a plurality of seed crystal plates with the same orientation in a method according to the prior art;

2 in einer schematischen Perspektivansicht die Belegung des Bodens eines Schmelztiegels mit einer Mehrzahl von Keimkristallplatten mit unterschiedlicher Orientierung bei einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung; 2 in a schematic perspective view of the occupancy of the bottom of a crucible with a plurality of seed crystal plates with different orientation in a method according to the present invention;

3a eine Photoluminineszenz-Aufnahme eines Wafers, der aus einem nach dem Stand der Technik kristallisierten (quasi)-monokristallinen Ingots gesägt wurde, worin noch die Stückelung der Keime erkennbar ist; 3a a photoluminescence image of a wafer which has been sawn from a (quasi) monocrystalline ingot crystallized according to the prior art, wherein the denomination of the germs is still recognizable;

3b eine Photoluminineszenz-Aufnahme eines Wafers, der gemäß der vorliegenden Erfindung kristallisiert wurde; 3b a photoluminescent image of a wafer that has been crystallized in accordance with the present invention;

4a bis 4f jeweils in einer Schnittansicht einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Si-Wafer im Bereich von Keim-Stossstellen, wobei die Wafer auf verschiedenen Höhen aus einem Si-Ingot herausgeschnitten wurden; 4a to 4f in each case in a sectional view, an Si wafer produced by the method according to the invention in the region of seed bumps, wherein the wafers were cut out of a Si ingot at different heights;

5a und 5b jeweils in einer Schnittansicht und einer Draufsicht eine Solarzelle darstellt, die aus einem Wafer ausgebildet ist, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. 5a and 5b in each case in a sectional view and a plan view, a solar cell, which is formed from a wafer, which is produced by the method according to the invention.

Ausführliche Beschreibung von bevorzugten AusführungsbeispielenDetailed description of preferred embodiments

Die 2 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht die Belegung des Bodens eines Schmelztiegels 1 mit einer Mehrzahl von Keimkristallplatten 2a–2d mit unterschiedlicher Orientierung nach einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung. Gemäß der 2 ist eine der Kristallachsen der Keimkristallplatten 2a–2d relativ zu der vertikalen Richtung (z), welche der Labor-Vertikalen bzw. einer Senkrechten auf den Tiegelboden entspricht, um einen vorbestimmten spitzen Verkippungswinkel α verkippt. Dabei sind unmittelbar zueinander benachbarte Keimkristallplatten, also beispielsweise die Keimkristallplatten 2a und 2b, 2b und 2c usw., unterschiedlich orientiert. So ist in der 2 die linke Keimkristallplatte 2a in eine andere Richtung um den Verkippungswinkel α verkippt als die unmittelbar benachbarte Keimkristallplatte 2b usw. Auf diese Weise werden erfindungsgemäß abrupte Übergänge an den Stoßstellen zwischen unmittelbar benachbarten Keimkristallplatten bereitgestellt, die bewirken, dass an diesen Stoßstellen und oberhalb davon die Ausbildung von Großwinkelkorngrenzen gegenüber der Ausbildung von Kleinwinkelkomgrenzen favorisiert ist.The 2 shows in a schematic perspective view of the occupancy of the bottom of a crucible 1 with a plurality of seed crystal plates 2a - 2d with different orientation according to a method according to the present invention. According to the 2 is one of the crystal axes of the seed crystal plates 2a - 2d relative to the vertical direction (z), which corresponds to the laboratory vertical or a perpendicular to the crucible bottom, tilted by a predetermined acute tilt angle α. Here are directly adjacent to each other seed crystal plates, so for example, the seed crystal plates 2a and 2 B . 2 B and 2c etc., differently oriented. So is in the 2 the left seed crystal plate 2a tilted in another direction by the tilt angle α as the immediately adjacent seed crystal plate 2 B etc. In this way, according to the invention, abrupt transitions are provided at the junctions between immediately adjacent seed crystal plates, which cause the formation of large angle grain boundaries to be favored at these junctions and above the formation of small angle grain boundaries.

Dabei weicht der Verkippungswinkel α von zwei unmittelbar zueinander benachbarten Keimkristallplatten 2a–2d bezüglich der vertikalen Richtung z jeweils um einen Mindestwinkel voneinander ab.In this case, the tilt angle α deviates from two mutually adjacent seed crystal plates 2a - 2d with respect to the vertical direction z in each case by a minimum angle from each other.

Dieser Mindestwinkel kann größer als 5° sein, bevorzugter größer als 7,5° sein und noch bevorzugter größer als 10° sein. Oder der Mindestwinkel liegt bevorzugt im Bereich zwischen 7,5° und 25°.This minimum angle may be greater than 5 °, more preferably greater than 7.5 °, and more preferably greater than 10 °. Or the minimum angle is preferably in the range between 7.5 ° and 25 °.

Gemäß einer ersten Ausführungsform ist der Verkippungswinkel α von zwei unmittelbar zueinander benachbarten Keimkristallplatten 2a–2d bezüglich der vertikalen Richtung z jeweils gleich, hat aber ein entgegengesetztes Vorzeichen.According to a first embodiment, the tilt angle α of two directly adjacent seed crystal plates 2a - 2d with respect to the vertical direction z is the same in each case, but has an opposite sign.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Verkippungswinkel α von Keimkristallplatten, die entlang einer Richtung x, y, die senkrecht zu der vertikalen Richtung z ist, zu deren Orientierung und Anordnung auf dem Tiegelboden in jeweils gleichen Winkelschritten um die vertikale Richtung weitergedreht.According to a further embodiment, the tilt angle α of seed crystal plates, which along a direction x, y, which is perpendicular to the vertical direction z, for their orientation and arrangement on the crucible bottom in respective equal angular increments further rotated about the vertical direction.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zeigt die [010] in Richtung der y-Achse, kann aber auch zu dieser leicht verkippt sein.According to a preferred embodiment, the [010] points in the direction of the y-axis, but can also be slightly tilted to it.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine kristallographische <211>-Richtung wie beschrieben leicht gegenüber der z-Achse verkippt. Eine kristallographische <111>-Richtung zeigt dann in Richtung der y-Achse. In another embodiment, a crystallographic <211> direction is slightly tilted from the z-axis as described. A crystallographic <111> direction then points in the direction of the y-axis.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine kristallographische <110>-Richtung wie beschrieben leicht gegenüber der z-Achse verkippt. Eine kristallographische <111>-Richtung zeigt dann in Richtung der y-Achse.In another embodiment, a crystallographic <110> direction is slightly tilted from the z-axis as described. A crystallographic <111> direction then points in the direction of the y-axis.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine kristallographische <111>-Richtung wie beschrieben leicht gegenüber der z-Achse verkippt. Eine kristallographische <211>-Richtung zeigt dann in Richtung der y-Achse.In another embodiment, a crystallographic <111> direction is slightly tilted from the z-axis as described. A crystallographic <211> direction then points in the direction of the y-axis.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine kristallographische <110>-Richtung wie beschrieben leicht gegenüber der z-Achse verkippt. Eine kristallographische <100>-Richtung zeigt dann in Richtung der y-Achse.In another embodiment, a crystallographic <110> direction is slightly tilted from the z-axis as described. A crystallographic <100> direction then points in the y-axis direction.

Denkbar ist in allen Fällen auch eine leichte Verkippung der vorliegenden kristallographischen Achse gegenüber der y-Achse.It is conceivable in all cases, a slight tilting of the present crystallographic axis relative to the y-axis.

Zum Ausführen des Verfahrens zum gerichteten Erstarren einer Schmelze nach einem Vertical-Gradient-Freeze-Verfahren (VGF) wird eine Kristallisationsanlage (nicht dargestellt) bei einem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt wird, die einen Schmelztiegel mit viereckigem Querschnitt aufweist, der zur Abstützung in einem korrespondierend ausgebildeten Graphitbehälter eng anliegend aufgenommen sein kann. Der Schmelztiegel ist aufrecht stehend angeordnet, so dass die Tiegelwände und die z-Richtung entlang der Richtung der Schwerkraft verlaufen. Derartige Schmelztiegel sind als Quarztiegel mit einer Grundfläche von beispielsweise 570 × 570 mm, 720 × 720 mm, 880 × 880 mm oder 1040 × 1040 mm kommerziell erhältlich und weisen üblicherweise eine Innenbeschichtung als Trennschicht zwischen dem SiO₂ des Schmelztiegels und Silizium auf.In order to carry out the method for directional solidification of a melt according to a vertical gradient freeze method (VGF), a crystallization unit (not shown) is used in a method according to the invention which has a crucible with a quadrangular cross-section which is designed to be supported in a correspondingly shaped manner Graphite container can be accommodated close fitting. The crucible is placed upright so that the crucible walls and the z-direction are along the direction of gravity. Such crucibles are commercially available as quartz crucibles with a footprint of for example 570 × 570 mm, 720 × 720 mm, 880 × 880 mm or 1040 × 1040 mm and usually have an inner coating as a separating layer between the SiO _{2 of} the crucible and silicon.

Die Keimkristallplatten 2a–2d haben bevorzugt eine identische Dicke und grenzen unmittelbar aneinander an, sodass der Boden des Schmelztiegels 1 vollständig bedeckt ist. Die Keimkristallplatten 2a–2d sind bevorzugt rechteckförmig oder quadratisch und ihre Ränder sind geeignet nachbearbeitet, sodass sie möglichst lücken- und versatzfrei unmittelbar aneinander anstoßen.The seed crystal plates 2a - 2d preferably have an identical thickness and immediately adjacent to each other, so that the bottom of the crucible 1 completely covered. The seed crystal plates 2a - 2d are preferably rectangular or square and their edges are suitably reworked, so that they as far as possible without gaps and abutment abut each other.

Der Schmelztiegel 1 wird bis zu dessen oberen Rand hin mit einer Si-Schmelze aufgefüllt. Während der gesamten Prozessführung wird bevorzugt darauf geachtet, dass die Temperatur des Bodens des Schmelztiegels 1 auf einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Siliziums verbleibt, sodass die Keimkristallplatten 2a–2d auf dem Boden des Tiegels 1 nicht schmelzen, jedenfalls nicht bis hinab zum Boden des Tiegels 1 durchschmelzen. Ein geringfügiges Anschmelzen an der Oberseite der Keimkristallplatten 2a–2d ist dabei durchaus erwünscht und auch notwendig, solange dadurch die von der Kristallorientierung der Keimkristallplatten 2a–2d vorgegebene Ausrichtung des Kristallwachstums nicht beeinträchtigt wird.The melting pot 1 is filled up to its upper edge with a Si melt. During the entire process, care is taken to ensure that the temperature of the bottom of the crucible 1 remains at a temperature below the melting temperature of the silicon, so that the seed crystal plates 2a - 2d on the bottom of the crucible 1 do not melt, at least not down to the bottom of the pan 1 by melting. A slight melting at the top of the seed crystal plates 2a - 2d is quite desirable and also necessary, as long as this by the crystal orientation of the seed crystal plates 2a - 2d predetermined orientation of the crystal growth is not affected.

Anschließend beginnt die gerichtete Abkühlung und Erstarrung des flüssigen Siliziums zu einem monokristallinen Silizium-Ingot in an sich bekannter Weise. Dabei wird der Bodenheizer bevorzugt auf einer definierten Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Siliziums gehalten, beispielsweise auf einer Temperatur von mindestens 10 K unterhalb der Schmelztemperatur. An der Phasengrenze zu den angeschmolzenen Keimkristallplatten kommt es nun zur Initiierung des Kristallwachstums. Es kommt zum Wachstum eines Si-Blocks mit grossen parallelen monokristallinen Streifen, wobei die Wachstumsrichtung des entstehenden Si-Kristalls durch den Temperaturgradienten sowie die Kristallorientierung der Keimkristallplatten 2a–2d vorgegeben ist. Entsprechend der horizontalen Phasengrenze erfolgt das Wachstum nahezu parallel zum Tiegelboden und senkrecht von unten nach oben. Der so erhaltene (quasi-)monokristalline Si-Ingot wird dann auf Raumtemperatur abgekühlt und entnommen.Subsequently, the directed cooling and solidification of the liquid silicon to a monocrystalline silicon ingot begins in a conventional manner. In this case, the bottom heater is preferably maintained at a defined temperature below the melting temperature of the silicon, for example at a temperature of at least 10 K below the melting temperature. At the phase boundary with the melted seed crystal plates, the crystal growth is now initiated. It comes to the growth of a Si block with large parallel monocrystalline strips, wherein the growth direction of the resulting Si crystal by the temperature gradient and the crystal orientation of the seed crystal plates 2a - 2d is predetermined. According to the horizontal phase boundary, the growth occurs almost parallel to the crucible bottom and vertically from bottom to top. The (quasi) monocrystalline Si ingot thus obtained is then cooled to room temperature and taken out.

Ausführungsbeispielembodiment

Zur Herstellung eines monokristallinen Silizium-Ingots wurde ein Quarztiegel mit einer quadratischen Grundform der Abmessungen 720 × 720 mm und einer Höhe von 450 mm verwendet. Der Boden des Schmelztiegels wurde mit einer vier einzelne Keimkristallplatten umfassenden Keimkristallplattenschicht bedeckt. Die Keimkristallplatten wurden von einem nach dem Czochralski-Verfahren hergestellten Si-Einkristall abgetrennt, wobei ein Verkippungswinkel α = 7,5° zwischen der kristallographischen 001-Richtung und der Ober- bzw. Unterseite der Keimkristallplatten eingestellt war. Anschließend wurden diese Keimkristallplatten auf dem Boden eines Quarztiegels unmittelbar aneinander angrenzend so angeordnet, dass die Keimkristallplatten verschieden zueinander orientiert waren und ein Mindest-Verkippungswinkel von 7,5° zwischen den jeweils benachbarten Keimkristallplatten eingehalten war.To produce a monocrystalline silicon ingot, a quartz crucible having a square basic shape of 720 × 720 mm and a height of 450 mm was used. The bottom of the crucible was covered with a seed crystal plate layer comprising four single seed crystal plates. The seed crystal plates were separated from a Si single crystal prepared by the Czochralski method with a tilt angle α = 7.5 ° between the crystallographic 001 direction and the top and bottom of the seed crystal plates, respectively. Subsequently, these seed crystal plates were placed on the bottom of a quartz crucible immediately adjacent to each other so that the seed crystal plates were oriented differently to each other and a minimum tilt angle of 7.5 ° was maintained between each adjacent seed crystal plates.

In dem so vorbereiten Schmelztiegel wurde eine Si-Schmelze gerichtet erstarrt, wobei über das Verhältnis zwischen Wärmeeintrag von oben her und Wärmeabfuhr am Boden des Schmelztiegels die Erstarrungsgeschwindigkeit geeignet eingestellt wurde.In the crucible prepared in this way, an Si melt was directionally solidified, wherein the solidification rate was suitably adjusted by the ratio between heat input from above and heat removal at the bottom of the crucible.

Die 3a zeigt eine Photolumineszenz-Aufnahme eines Wafers, der aus einem nach dem Stand der Technik kristallisierten (quasi)-monokristallinen Ingot gesägt wurde. Der Wafer wurde einige Zentimeter über der Anschmelzstelle der Keime entnommen. Dabei markiert der Pfeil einen Keimstoss, also einen Bereich, an dem zu Beginn des Prozesses zwei unmittelbar benachbarte Keimkristallplatten unmittelbar aneinander liegen. Deutlich sind schleifenförmige Kleinwinkelkomgrenzen zu erkennen, die sich entlang des ursprünglichen Keimstoßes aufreihen und sich bis weit in das angrenzende Material hinein erstrecken. The 3a shows a photoluminescence image of a wafer which has been sawn from a (quasi) -monocrystalline ingot crystallized according to the prior art. The wafer was removed a few centimeters above the melting point of the germs. In this case, the arrow marks a germ impact, that is to say a region at which two directly adjacent seed crystal plates lie directly adjacent to one another at the beginning of the process. Clearly recognizable are loop-shaped small-angle comer boundaries, which line up along the original nucleus impact and extend far into the adjacent material.

Die 3b zeigt im Vergleich dazu eine Photolumineszenz-Aufnahme eines Wafers, der aus einem gemäß der vorliegenden Erfindung kristallisierten (quasi)-monokristallinen Ingot gesägt wurde. Der Wafer wurde aus einer zu 3a vergleichbaren Höhe über der Anschmelzstelle der Keime entnommen. Mit dem Pfeil ist wiederum ein Keimstoss markiert. Es sind keine Kleinwinkelkorngrenzen mehr erkennbar, sondern nur noch die Großwinkelkorngrenze, die sich über dem ursprünglichen Keimstoß befindet.The 3b In comparison, Figure 3 shows a photoluminescence image of a wafer sawn from a (quasi) monocrystalline ingot crystallized according to the present invention. The wafer got out of one too 3a comparable height taken over the Anschmelzstelle of the germs. The arrow again marks a germ-kick. There are no longer any small-angle grain boundaries visible, only the large-angle grain boundary above the original germ impact.

Die 4a bis 4f zeigen jeweils einen Querschnitt durch einen Si-Brick, der jeweils aus einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Si-Ingot herausgeschnitten wurde. Die Querschnitte wurden jeweils an der gleichen Stelle oberhalb eines Keimstosses zwischen zwei benachbarten Keimkristallplatten aufgenommen. Abgebildet ist jeweils der Querschnitt zwischen einem Randbereich des Si-Ingots (in den Figuren links), der an den Schmelztiegel angrenzt, und einem ersten Keimstoss, der in den Figuren jeweils durch die gestrichelte Linie angedeutet ist.The 4a to 4f each show a cross section through a Si brick, which was cut out of a Si ingot produced by the process according to the invention in each case. The cross sections were taken in each case at the same point above a germ impact between two adjacent seed crystal plates. Depicted is in each case the cross section between an edge region of the Si ingot (in the figures on the left), which adjoins the crucible, and a first germ impact, which is indicated in the figures in each case by the dashed line.

Die 4a zeigt den 2. Wafer, der aus dem Si-Brick herausgeschnitten wurde, also auf einer Höhe unmittelbar oberhalb der Höhe des angeschmolzenen Keims und des elektrische Schlechtbereichs des Si-Bricks (nachfolgend als Boden bezeichnet, der bei diesem Ausführungsbeispiel eine geschätzte Höhe von etwa 70 mm bis 80 mm aufwies), die vorher bereits abgetrennt wurden. Die 4b zeigt den 102. Wafer, der auf einer Höhe von etwa 46 mm oberhalb des Bodens des Si-Bricks herausgeschnitten wurde. Die 4c zeigt den 202. Wafer, der auf einer Höhe von etwa 91 mm oberhalb des Bodens des Si-Bricks herausgeschnitten wurde. Die 4d zeigt den 242. Wafer, der auf einer Höhe von etwa 109 mm oberhalb des Bodens des Si-Bricks herausgeschnitten wurde. Die 4e zeigt den 292. Wafer, der auf einer Höhe von etwa 132 mm oberhalb des Bodens des Si-Bricks herausgeschnitten wurde. Die 4f zeigt den 332. Wafer, der auf einer Höhe von etwa 150 mm oberhalb des Bodens des Si-Bricks herausgeschnitten wurde.The 4a FIG. 12 shows the second wafer cut out of the Si brick, that is, at a level immediately above the height of the fused seed and the electric bad region of the Si brick (hereinafter referred to as ground), which in this embodiment has an estimated height of about 70 mm to 80 mm) previously separated. The 4b shows the 102th wafer cut out at a height of about 46 mm above the bottom of the Si brick. The 4c shows the 202 th wafer cut out at a height of about 91 mm above the bottom of the Si brick. The 4d shows the 242nd wafer, which was cut out at a height of about 109 mm above the bottom of the Si brick. The 4e shows the 292nd wafer cut out at a height of about 132 mm above the bottom of the Si brick. The 4f shows the 332nd wafer cut out at a height of about 150 mm above the bottom of the Si brick.

Der Sequenz der 4a bis 4f kann man den überraschenden Effekt entnehmen, dass zunächst Störungen und Zwillinge, insbesondere granulare monokristalline Bereiche, ausgehend von dem Randbereich (in den Figuren links) in den Si-Ingot hineinwachsen, diese jedoch oberhalb des Keimstosses zurückgehalten werden (erkennbar in den 4c bis 4f) und nicht weiter in den Si-Ingot hineinwachsen können. Der Bereich oberhalb eines Keimstosses wirkt somit als Barriere, die eine weitere Ausbreitung von Störungen, Zwillingen und Versetzungen in das Material des Si-Ingots wirkungsvoll unterbindet.The sequence of 4a to 4f can be seen from the surprising effect that initially grows interference and twins, especially granular monocrystalline regions, starting from the edge region (in the figures left) in the Si ingot, but these are retained above the Keimstosses (recognizable in the 4c to 4f ) and can not grow further into the Si ingot. The area above a germ impact thus acts as a barrier that effectively prevents further propagation of perturbations, twins and dislocations into the material of the Si ingot.

Der innere Bereich des Si-Ingots kann somit monokristallin oder quasimonokristallin sein und ist versetzungsarm bis versetzungsfrei sowie zwillingsarm bis zwillingsfrei.The inner region of the Si ingot can thus be monocrystalline or quasi-monocrystalline and is dislocation-free to dislocation-free as well as twinned to twin-free.

Die 5a und 5b zeigen jeweils in einer Schnittansicht und einer Draufsicht eine Solarzelle, die aus einem Si-Wafer ausgebildet ist, der aus einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Si-Ingot herausgeschnitten ist. Der Si-Wafer 10 der Solarzelle besteht aus – bei dem dargestellten Beispiel – insgesamt drei streifenförmigen Bereichen 12, die Bereichen entsprechen, in denen zu Beginn der Herstellung des Si-Ingots nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Si-Keimkristallplatten auf den Boden eines Schmelztiegels ausgelegt waren. Die Linien 11 bezeichnen die Keimstöße zwischen unmittelbar zueinander benachbarten Si-Keimkristallplatten zu Beginn des Herstellungsprozesses. Die streifenförmigen Bereiche 12 bilden den einstückig ausgebildeten Si-Wafer 10.The 5a and 5b each show in a sectional view and a plan view of a solar cell, which is formed from a Si wafer, which is cut out of a Si ingot produced by the inventive method. The Si wafer 10 The solar cell consists of - in the illustrated example - a total of three strip-shaped areas 12 , which correspond to areas in which Si seed crystal plates were laid on the bottom of a crucible at the beginning of the production of the Si ingot according to the inventive method. The lines 11 denote the nucleus impacts between Si microplates directly adjacent to each other at the beginning of the manufacturing process. The strip-shaped areas 12 form the integrally formed Si wafer 10 ,

Wie dem Fachmann beim Studium der vorstehenden Beschreibung ohne weiteres ersichtlich sein wird, kann der so erhaltene Si-Ingot entlang von Sägelinien, die entlang den Rändern der zum gerichteten Erstarren verwendeten Keimkristallplatten und senkrecht zur Kristallisationsrichtung verlaufen, in eine der Anzahl von Keimkristallplatten entsprechende Anzahl von Si-Blöcken zerlegt werden, die sich jeweils durch eine geringe mittlere Versetzungsdichte auszeichnen.As will be readily apparent to those skilled in the art upon reading the foregoing description, the Si ingot thus obtained may be made into a number corresponding to the number of seed crystal plates along saw lines running along the edges of the seed crystal plates used for directional solidification and perpendicular to the direction of crystallization Si blocks are decomposed, each characterized by a low average dislocation density.

Auf diese Weise lassen sich erfindungsgemäß insbesondere Si-Wafer mit einer geringen mittleren Versetzungsdichte herstellen, womit monokristalline Si-Solarzellen mit einem hohen Wirkungsgrad hergestellt werden können.In this way, according to the invention, in particular Si wafers with a low average dislocation density can be produced, with which monocrystalline Si solar cells can be produced with a high degree of efficiency.

Wenngleich vorstehend ausgeführt wurde, dass die Keimkristallplattenschicht aus mehreren rechteckigen oder quadratischen Keimkristallplatten ausgebildet ist, kann diese grundsätzlich auch einstückig ausgebildet sein. Die Orientierung der Keimflächen des Silizium-Einkristall-Keims ist – angegeben in Millerschen Indizes – etwas verkippt zur {100}-Richtung. Der Silizium-Kristall besitzt bekanntermaßen eine Diamantstruktur, bei der sich in jedem Einheitswürfel acht Siliziumatome befinden. Die Fläche des Siliziumkristall-Einheitswürfels ist dabei kubisch flächenzentriert. Die Keimkristallplatten können anstatt einer quadratischen oder rechteckigen Form selbstverständlich auch eine andere Form haben, beispielsweise eine sechseckige Form, womit ebenfalls eine nahezu vollflächige und geschlossene Belegung des Bodenbereichs eines Schmelztiegels in gleicher Kristallorientierungsrichtung möglich ist.Although it has been stated above that the seed crystal plate layer is formed of a plurality of rectangular or square seed crystal plates, it may basically be integrally formed. The orientation of the seed surfaces of the silicon monocrystalline seed is - in Miller indices - slightly tilted to {100} - Direction. The silicon crystal is known to have a diamond structure with eight silicon atoms in each unit cube. The surface of the silicon-crystal unit cube is face centered cubic. The seed crystal plates may, of course, have another shape instead of a square or rectangular shape, for example a hexagonal shape, which likewise makes possible an almost full-surface and closed coverage of the bottom region of a crucible in the same crystal orientation direction.

Wie dem Fachmann beim Studium der vorstehenden Beschreibung ohne Weiteres ersichtlich sein wird, kann die Erfindung grundsätzlich auch auf andere Materialien, als speziell vorstehend offenbart, angewendet werden, nämlich grundsätzlich auf die Herstellung von gerichtet erstarrten Materialkörpern aus beliebigen Nichtmetallen oder Isolatoren. Denn die Versetzungsdynamik ist nicht vom konkreten chemischen Bindungstyp (metallisch, kovalent, ionisch) im konkret gewählten Material abhängig.As will be readily apparent to those skilled in the art upon reading the foregoing description, the invention is also applicable to other materials than those specifically disclosed above, namely, in principle, to the production of directionally solidified bodies of any nonmetal or insulator. This is because the dislocation dynamics do not depend on the specific type of chemical bond (metallic, covalent, ionic) in the material chosen.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Schmelztiegelmelting pot
2a–2d2a-2d: KeimkristallplattenSeed crystal plates
1010: Waferwafer
1111: Stoßlinienabutment lines
1212: Waferstreifenwafer strips
x, yx, y: Raumrichtungen parallel zum Boden des SchmelztiegelsSpatial directions parallel to the bottom of the crucible
zz: vertikale Raumrichtungvertical spatial direction
αα: Verkippungswinkeltilt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2009/014957 A2 [0011]
WO 2007/084934 A2 [0011]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

JD Hylton et al., "Alkaline Etching for Reflectance Reduction in Multicrystalline Silicon Solar Cells", Journal of the Electrochemical Society, 151 (6) G408-G427 (2004) [0006]
Ryningen et. al. "Growth of dislocation clusters in directionally solidified silicon", Proc. 23rd Europ. Photovoltaic Solar Energy Conference, Valencia, 2008 [0010]
Ervik et. al. "Dislocation formation at Σ = 27a boundaries in multicrystalline silicon for solar cells", Proc. 26th Europ. Photovoltaic Solar Energy Conference, Hamburg, 2011 [0010]
Julsrud et al. "Directionally solidified multicrystalline silicon: Industrial perspectives, objectives and challenges", Proc. 3rd boarding school. Workshop n Crystalline Silicon Solar Cells, Trondheim, 2009 [0010]

Claims

Method for producing a block of material by directional solidification from a melt, wherein a crucible ( 1 ) is prepared by covering its bottom with a plurality of thin monocrystalline seed crystal plates ( 2a - 2d ) is covered from the material with a predetermined orientation of its crystal axes to form a seed crystal plate layer; and in the prepared crucible ( 1 ) a melt is directionally solidified under the action of a prevailing in a vertical direction temperature gradient to the block of material; wherein one of the crystal axes of the seed crystal plates ( 2a - 2d ) is tilted relative to the vertical direction (z) by a predetermined acute tilt angle (α) and directly adjacent to each other seed crystal plates are oriented differently.

The method of claim 1, wherein the predetermined tilt angle (α) is 5 ° to 25 °.

Method according to claim 1 or 2, wherein the seed crystal plates ( 2a - 2d ) and their edges are machined so that they are placed together directly and with minimal tilting and dislocations and completely cover the bottom of the crucible.

Method according to one of the preceding claims, wherein the tilt angle (α) of two directly adjacent seed crystal plates ( 2a - 2d ) with respect to the vertical direction (z) is the same but has an opposite sign.

Method according to one of the preceding claims, wherein the tilt angle (α) of two directly adjacent seed crystal plates ( 2a - 2d ) with respect to the vertical direction (z) in each case by a minimum angle from each other.

The method of claim 5, wherein the minimum angle is greater than 5 °, more preferably greater than 7.5 °, and more preferably greater than 10 °.

A method according to claim 6, wherein the minimum angle is in the range between 7.5 ° and 25 °.

Method according to one of the preceding claims, wherein the tilt angle (α) of seed crystal plates, which along a direction (x), which is perpendicular to the vertical direction (z), is further rotated in their orientation in the same angular increments about the vertical direction.

Method according to one of the preceding claims, wherein the seed crystal plates ( 2a - 2d ) are oriented plates with a square cross section, which are separated from a cylindrical single crystal material cylinder with the predetermined orientation of the crystal axes.

Method according to one of the preceding claims, wherein the seed crystal plates ( 2a - 2d ) are single crystal silicon seed crystal plates whose [001] crystal axis is tilted with respect to a perpendicular to the top and bottom thereof by the predetermined tilt angle (α).

Use of the method according to one of the preceding claims for producing a monocrystalline silicon ingot for applications in photovoltaics.

Wafer ( 10 ), in particular silicon wafers, produced by the method according to one of the preceding claims, wherein the latter consists of two or more strips (15) running parallel or nearly parallel to a wafer edge ( 12 ) in which the orientation of the crystal surface is tilted by an acute angle (α).

A wafer according to claim 11, wherein the acute angle (α) is in the range between 5 ° and 25 °.

The wafer of claim 11 or 12, wherein more than 70% of the {100} crystal orientation wafer surface has a monocrystalline structure.

The wafer according to any one of claims 11 to 13, wherein the wafer surface having the {100} crystal orientation is texture-etched with an alkaline etching solution.

The wafer of any one of claims 11 to 14, wherein the etched wafer surface having the {100} crystal orientation has pyramidal protrusions, the edges of the base of the pyramidal protrusions enclosing an angle of 45 ° with the outer edges of the wafer surface.

A silicon solar cell with a silicon wafer according to any one of claims 11 to 15, wherein between the wafer surface with the {100} crystal orientation and the wafer back surface, a p / n junction is performed, wherein the wafer surface with the {100} crystal orientation of a Has coating and wherein at least the wafer back surface are provided with contacts.