DE2508369A1 - Verfahren zum herstellen von scheibenfoermigen siliciumkoerpern, insbesondere fuer solarzellen - Google Patents

Verfahren zum herstellen von scheibenfoermigen siliciumkoerpern, insbesondere fuer solarzellen

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Description

SIEMENS AKTIENGESSIISCHAFT München 2, 26.FEB. 19?5
Berlin und München Wittelsbacher-olatz
75 P 1021 BRD
Verfahren zum Herstellen von scheibenförmigen Siliciumkörpern insbesondere für Solarzellen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von scheibenförmigen Siliciumkörpern, wie sie insbesondere für Solarzellen verwendet werden.
Zur Herstellung von Solarzellen, welche aus großflächigen Siliciumscheiben bestehen, seil möglichst billiges Silicium verwendet werden. Die Anforderungen, die an diese Bauelemente in Bezug auf Kristallqualität gestellt werden, sind nicht so hoch, wie bei den für Schaltungen einsetzbaren Bauelementanordnungen.
Es war deshalb ein Tfeg zu finden, Silicium auf einfache und billige Y/eise herzustellen, d. h., möglichst ohne Materialverlust. Außerdem sollen die teueren Arbeitsgänge, wie läppen und Sägen eines Stabes in Scheiben, entfallen.
Aus der deutschen DT-PS 1 155 916 ist nun bekannt, scheibenförmige Siliciumkörper dadurch herzustellen, daß ein Siliciumstab durch Erhitzen in den duktilen Zustand übergeführt und durch Walzen oder Schmieden zu einem Flachkörper verformt wird, aus dem dann die Siliciumscheiben durch Zerteilen abgetrennt werden. Diese Scheiben sollen, da von einem einkristallinen HaIb-
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leiterstab ausgegangen wird, durch das Überführen in den duktilen Zustand und das anschließende Walzen oder Schmieden ihren einkristallinen Charakter nicht verlieren. Es treten aber trotzdem sehr stark gestörte Einkristalistrukturen auf, die durch einen anschließenden Temperprozeß wieder regeneriert werden können.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es jedoch, in einem einzigen Arbeitsgang billiges Silicium rationell herzustellen, wobei die kristalline Struktur eine untergeordnete Rolle spielt.
Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß zunächst polykristallines Silicium aufgeschmolzen und durch Walzen in die Form eines die gewünschte Dicke der scheibenförmigen Siliciumkörper aufweisenden Bandes zum Erstarren gebracht wird und dann dieses Band entsprechend den gewünschten Abmessungen der Siliciumkörper zerteilt wird.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, das Aufschmelzen in einem induktiv-beheizten Tiegel vorzunehmen und die Schmelze durch einen, am Boden des Tiegels befindlichen Schlitz zum Auslaufen und durch Walzen als Band zum Erstarren zu bringen, oder das Aufschmelzen durch tiegelfreies Zonenschmelzen eines senkrecht gehalterten, polykristallinen Siliciumstabes mittels einer, den Stab ringförmig umschließenden Induktionsheizspule durchzuführen und das geschmolzene Silicium durch unterhalb der Schmelzspule angebrachte Walzen zu einem Band umzuformen und dann zum Erstarren zu bringen. Eine weitere Möglichkeit bietet sich an, indem die tiegelfrei gehalterte Schmelze durch eine Schlitzplatte gepreßt und anschließend zu einem Band gewalzt zum Erstarren gebracht wird.
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Als Material für die Walzen wird Silicium oder Siliciurckarbid verwendet., wobei zweckmäßigerwei<;e die Y/alzen mittels eines Gebläses auf einer Temperatur von 900 - 1300 C gehalten werden. Die Walzgeschwindigkeit wird auf 30 - 200 cm/min eingestellt und das fertiggestellte Siliciumband kann auf einer Rolle aufgewickelt werden. Die Walzen sind geschliffen und können auch poliert sein.
Das Aufschmelzen und Walzen geschieht zweckmäßigerweise in Schutzgasatmosphäre. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Schmelze in Rotation zu versetzen.
An Hand von Ausführungsbeispielen und der Fig. 1 bis 3 soll das Verfahren nach der Lehre der Erfindung noch näher erläutert werden.
In Fig. 1 ist eine Verfahrensweise dargestellt, bei der das Aufschmelzen des polykristallinen Silicium 4 in einem Schmelztiegel 2 aus Quarz vorgenommen wird, welcher durch eine Schmelzspule 3 induktiv beheizt wird. Das aufgeschmolzene Silicium 4 gelangt durch eine schlitzförmige Blende 9 am Boden des Schmelztiegels 2 zwischen zwei Y/alzen 5 und 6 und wird zu einem breiten Siliciumband 7 ausgewalzt. Die Walzgeschwindigkeit beträgt 200 cm/min. Die Dicke des ausgewalzten Siliciumbandes 7 wird ;je nach gewünschter Solarzellenscheibendicke auf 0,1 - 0,3 mm eingestellt. Die Walzen 5 und 6 bestehen aus Hohlzylindern aus Silicium oder Siliciumkarbid, welche mittels einer Gebläseströmung 8 auf einer !Temperatur von ca. 900° - 13000C gehalten werden. Das entstandene Siliciumband 7 erstarrt makropolykristallin.
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Eine Dosierung der den Walzen zugeführten Schmelzmengp kann durch entsprechende Einstellung des Druckunterschiedes des Schutzgases zwischen Tiegelinnerem und Tiegelumgebung erfolgen. Auf diese Weise kann die zur Herstellung einer bestimmten Dicke des Walzbandes benötigte Schmelzmenge genau dosiert werden.
Pig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform des Verfahrens, bei der das polykristalline Silicium 10 in Stabform durch das sog. tiegelfreie Zonenschmelzverfahren aufgeschmolzen wird. Dabei wird die Schmelzzone 11 mittels einer, den Stab 10 ringförmig umschließenden, einwindigen Induktionsheizspule 12, welche zur Kühlung mit Wasser 13 durchströmt ist, erzeugt. Unterhalb der Schmelzspule 12 befinden sich zwei Walzen 5 und 6, welche das geschmolzene Silicium zu einem Band 7 verformen. Das Bezugszeichen 8 soll, wie bei der Beschreibung der Fig. 1 ausgeführt, die Gebläsekühlung der Walzen 5 und 6 darstellen.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispxel, bei dem der polykristalline Siliciumstab 10 auf eine unterhalb der Schmelzspule befindliche, mit einem Schlitz 17 versehenen Quarzplatte 14 gedrückt wird (siehe Pfeil 15). Dies kann beispielsweise dadurch, geschehen, daß die den Stab tragende Halterung mit einer bestimmten Vorschubgeschwindigkeit beaufschlagt wird. Der aus dem Schlitz 17 austretende Siliciumstrahl wird durch das Walzenpaar 5 und 6 zu einem Band 7 gewalzt, welches auf eine Rolle 18 aufgewickelt wird. Vorzugsweise wird der Siliciumstab 10 um seine Achse in Rotation versetzt (siehe Drehpfeil 16).
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Durch das Verfahren nach der Lehre der Erfindung ist die Möglichkeit gegeben, in billiger und rationeller Weise Silicium in flächiger Form für Solarzellen herzustellen, ohne daß Säge- und Läppvorgänge erforderlich sind. Dadurch werden die bei den üblichen Fertigungsprozessen durch Zerschneiden von Siliciumstäben in Kristallscheiben anfallenden Materialverluste (ca. 50 $) umgangen.
3 Figuren
12 Patentansprüche
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Claims (12)

Patentansnrüche
1.) Verfahren zum Herstellen von scheibenförmigen Siliciumkörpern, wie sie insbesondere für Solarzellen verwendet werden, dadurch gekennzeichnet , daß zunächst polykristallines Silicium aufgeschmolzen und durch Walzen in die Form eines, die gewünschte Dicke der scheibenförmigen Siliciumkörper aufweisenden Bandes zum Erstarren gebracht wird und dann dieses Band entsprechend den gewünschten Abmessungen der SiIiciumkörper zerteilt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet , daß das Aufschmelzen in einem induktiv-beheizten Tiegel vorgenommen wird und die Schmelze durch einen an Boden des Tiegels befindlichen Schlitz zum Auslaufen und durch Walzen als Band zum Erstarren gebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,dadurch gekenn zeichnet , daß die Dosierung der den Walzen zugeführten Schmelzmenge durch Einstellung eines Druckunterschieds des Schutzgases zwischen Tiegelinnerem und Tiegelumgebung erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet , daß das Aufschmelzen durch tiegelfreies Zonenschmelzen eines senkrecht gehalterten, polykristallinen Siliciumstabes mittels einer, den Stab ringförmig umschließenden Induktionsheizspule erfolgt und das geschmolzene Silicium durch unterhalb der Schmelzspule angebrachte Walzen zu einem Band umgeformt und zum Erstarren gebracht wird.
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5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet , daß die tiegelfrei-gehalterte Schmelze durch eine Schlitzplatte gepreßt und anschließend zu einem Band gewalzt und zum Erstarren gebracht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5f dadurch ge kennzeichnet , daß Walzen aus Silicium oder SiIiciumkarbid verwendet v/erden.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6,dadurch ge kennzeichnet , daß die Walzen beispielsweise mittels eines Gebläses auf 900° - 1300 C gehalten werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch'ge kennzeichnet , daß die Yfalzgeschwindigkeit auf 30 bis 200 cm/min eingestellt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, da du roh ge kennzeichnet , daß die Schmelze in Rotation versetzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9f dadurch ge kennzeichnet , daß das Aufschmelzen in Schutzgasatmosphäre vorgenommen wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch ge kennzeichnet , daß das Walzen in Schutzgasatmosphäre oder an luft vorgenommen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch g e kennzeichnet , daß das fertiggestellte Band auf einer Rolle aufgewickelt und nach Bedarf zerteilt wird.
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