DE10217647A1 - Verfahren zur Herstellung von Schmelztiegeln für Silizium - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Schmelztiegeln für Silizium

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Tiegeln zum Schmelzen von Silizium für Photovoltaik Anwendungen.
  • Bisher werden in der Photovoltaik Industrie beim Herstellen sogenannter multikristalliner Wafer, Tiegel aus Quarz (SiO2) nach dem Schlickergußverfahren hergestellt. Die mit diesem Verfahren hergestellten Tiegel werden nach dem Entformen gebrannt. Im Schlickergußverfahren hergestellten Tiegel haben über die gesamte Scherbendicke die gleiche chemische Zusammensetzung und Korngrössenverteilung. Deshalb ist es nicht möglich eine auf der Innenseite des Tiegels, gewünschte Trennschicht aus SiN aufzubringen. Beim Anwender der Tiegel werden diese vor der Befüllung mit Schmelzgut mit Siliziumnitrid beschichtet und wiederum gebrannt. Mit diesem Verfahren aufgebrachten SiN Schichten haften nicht gut an der Oberfläche des Tiegels. Fehler in der SIN schicht führen zu Anbackungen zwischen Tiegel und erstarrtem Siliziumblock und damit zur Rissbildung in den Blöcken.
  • Dies führt zu einem insgesamt aufwändigen Verfahren mit hohem Energieaufwand und hohen Kosten.
  • Der Erfindung liegt das Problem zu Grunde ein Tiegelherstellverfahren derart zu gestalten dass die Herstellung des Tiegels auf einfache Weise ermöglicht wird. Dabei soll die SiN- Schicht auf der Innenseite des Tiegels in einem Arbeitsgang mit der Tiegel-Herstellung aufgebracht werden.
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen den Tiegel schichtweise durch alternierendes Eintauchen einer Form in kolloidale Kieselsäure und anschließender Besandung mit Quarzsand herzustellen. Nach dem Aufbringen der einzelnen Schichten werden die Schichten vor dem neuen Tauchgang getrocknet. Die Schichten werden auf eine Form deren Außenseite mit der Innenseite der Tiegelkontur identisch ist aufgebracht. Die Form kann als wiederverwendbare Form beispielsweise aus Metall oder Kunststoff bestehen. Die wiederverwendbare Form wird vor Aufbringen der Einzelnen Tiegelschichten mit einer Wachsschicht versehen. Alternativ kann auch eine Form aus einem rückstandslos brennbarem Material - beispielsweise geschäumtes Polystyrol - bestehen. Typischer Weise werden zum Aufbau der Tiegel 10 bis 20 Schichten nacheinander aufgebracht. Die Anzahl der Schichten hängt dabei von der Tiegelgröße ab. Um chemische Reaktionen zwischen der Außenseite des Tiegels und dem den Tiegel umgebenden Graphitplatten zu reduzieren kann als letzte Schicht wieder eine Schicht SiN aufgebracht werden. Weiterhin ist es möglich nach der 2. oder 3. Schicht ein Gemisch aus Quarzsand und beispielsweise Aluminiumoxid Al2O3 aufzubringen. Damit können die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Warmfestigkeit, beeinflusst werden ohne dass die Gefahr einer chemischen Reaktion zwischen geschmolzenem Silizium und Al2O3 an der Innenseite des Tiegels besteht. Nach dem Aufbringen der letzten Schicht mit anschließender Trocknung bei Raumtemperatur wird der Grünling von der Form getrennt und anschließend bei einer Temperatur bis Maximal 1200C gebrannt. Die bevorzugte Brenntemperatur liegt bei ca. 800C. Bei der Verwendung von brennbaren Formen entfällt das Ausformen, der luftgetrocknete Grünling kann sofort nach dem Trocknen gebrannt werden, wobei die Form mit verbrannt wird.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung von Tiegeln zum Schmelzen von Silizium für photovoltaische Verwendungszwecke, vorzugsweise zur Verwendung für die Waferfertigung, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiegel durch mehre nacheinander aufgebrachte Schichten aus körnigem SiO2 hergestellt werden, wobei die zuerst aufgebrachten Schichten aus feinkörnigem SiO2 (mittlere Korngrösse < 20 µm) und die nachfolgenden Schichten aus gröberem SiO2 (mittlere Korngrösse > 50 µm) hergestellt werden. Die einzelnen Schichten werden durch abwechselndes Tauchen in kolloidale Kieselsäure mit anschließendem Aufbringen der Quarzsandschichten hergestellt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Form aus rücksstandslos verbrennbarem Material zum Aufbau der Schichten eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine wiederverwendbare Form zum Aufbau der Schichten verwendend wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedenen Schichten aus unterschiedlichen keramischen Materialen beispielsweise Quarzsand und Aluminiumoxid Al2O3 zum Aufbau der Schichten verwendend wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als erste Schicht eine Schicht aus Siliziumnitrid aufgebracht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das nach Abschluss des Schichtaufbaus der "grüne" Tiegel mit der brennbaren Form bei einer Temperatur von 600 bis 1000°C gebrannt wird, wobei die form im inneren des Tiegels verbrennt.
7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wiederverwendbare Form vor dem Brennen des Tiegels entfernt wird.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006005416A1 (de) * 2004-07-08 2006-01-19 Deutsche Solar Ag Herstellungsverfahren für kokille mit antihaftbeschichtung
WO2013082348A1 (en) * 2011-11-30 2013-06-06 Corning Incorporated Two layers silica vessels and methods for forming

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