DE3017923A1

DE3017923A1 - Verfahren zum herstellen von platten- oder bandfoermigen siliziumkristallkoerpern mit einer der kolumnarstruktur gleichwertigen saeulenstruktur durch sintern

Info

Publication number: DE3017923A1
Application number: DE19803017923
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Phys. Dr. 8210 Prien Schmelz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-05-09
Filing date: 1980-05-09
Publication date: 1981-11-12

Description

Verfahren zum Herstellen von platten- oder bandförmigen
Siliziumkristallkörpern mit einer der Kolumnarstruktur gleichwertigen Säulenstruktur durch Sintern.
(Zusatz zum Patent ... Patentanmeldung P 29 27 086.8) Die Hauptanmeldung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von platten- oder bandförmigen Siliziumkristallkörpern mit einer der Kolumnarstruktur gleichwertigen Säulenstruktur, insbesondere geeignet zur Weiterverarbeitung für großflächige Solarzellen, ohne Aufschmelzen des den Siliziumkörper bildenden Grundmaterials bei dem a) das Siliziumpulver mit einer Körnung c1 1um mit einem Binder zu einem Schlicker verrührt wird, b) der Schlicker mit einem Ziehschuh auf einer Unterlage zu einer Folie ausgezogen, die Folie getrocknet und die Unterlage entfernt wird, und c) die Siliziumfolie auf einer temperaturbeständigen, inerten Unterlage in Schutzgasatmosphäre bei einer unterhalb 14000C liegenden Sintertemperatur so gesintert wird, daß eine Lage von einkristallinen Siliziumkörnern mit einem der Foliendicke angepaßten Durchmesser entsteht.
Bei dem in der Hauptanmeldung beschriebenen Verfahren wird die Siliziumfolie auf einer Quarzglasunterlage im Argongasstrom bei 13500C gesintert, wobei die Siliziumkörner von kleiner 1 /um Durchmesser sich verdichten und so groß werden, daß Körner mit einem Durchmesser größer der Foliendicke (ca. 150 /um) entstehen.
Das Kornwachstum und der Schwund wird aber stark behindert durch die Oxidhaut (Schmelzpunkt > 17000C), welche jedes Siliziumkorn (Schmelzpunkt = 14050C)- umgibt.
Bestes Kornwachstum würde man erhalten, wenn man Silizium aufschmelzen und wieder erstarren ließe, weil beim Aufschmelzen die Oxidhaut aufreißen würde. Diese Maßnahme führt aber dazu, daß Silizium mit der Unterlage reagiert.
Bei dem in der Hauptanmeldung beschriebenen Verfahren wird die Sintertemperatur möglichst nahe der Schmelztemperatur gewählt und die Sinterung so lange durchgeführt, bis ein ausreichendes Kornwachstum stattgefunden hat.
Mit dieser Methode ist jedoch nur eine ungenügende Schwindung zu erreichen. Eine zufriedenstellende Schwindung kann nur dort erfolgen, wo ein Schmelzprozeß stattgefunden hat. Dies muß bei einer Langzeitsinterung wegen der Reaktion mit der Unterlage vermieden werden.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrundeliegt, besteht nun darin, einen Weg anzugeben, durch den maximalesKornwachstum erreicht wird, ohne daß eine Reaktion mit der Unterlage stattfindet.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß während des Sinterprozesses mindestens ein kurzer Hitzestrahl-von oben auf die plan auf der Sinterunterlage aufliegende Siliziumfolie geschickt wird, wobei die Hitzepulsdauer so eingestellt wird, daß die Siliziumfolie in dünner Oberflächenschicht kurzzeitig aufgeschmolzen wird.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß der Hitzestrahl so eingestellt wird, daß eine Oberflächenerwärmung von 14200C erhalten wird und daß er durch eine Heißluftstrahlung erzeugt -wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel nach der Lehre der Erfindung wird die Dauer des Hitzepulses auf maximal 2 Minuten eingestellt und die Hitzepulse von maximal 2 Minuten Dauer mit einem Zeitabstand von 8 Minuten erzeugt. Die Zahl der Pulse wird auf maximal 20 eingestellt.
Zweckmäßigerweise wird die Aufheizrate auf die Sintertemperatur und die Abkühlrate auf 100 K/min. eingestellt.
Zur Vermeidung von unerwünschten Reaktionen mit der Sinterunterlage und um eine Wiederverwendung der Sinterunterlage zu ermöglichen, wird als Sinterunterlage Quarz in Form von kristallinem Quarz oder feinkörnigem Quarzsand oder in Form einer Engobe auf einer Alvminiumoxid-Unterlage verwendet.
Die in der Zeichnung befindliche Figur zeigt in einem Diagramm ein Ausführungsbeispiel für die Temperaturfuhrung zur Sinterung einer Siliziumfolie. Dabei ist als Ordinate die Temperatur T in °C und als Abszisse die Zeit t in Minuten aufgetragen. Im Ausführungsbeispiel werden, wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, nach Erreichen der Sintertemperatur von 13900C nach etwa 10 Minuten 5 Hitzepulse von 2 Minuten Dauer in Zeitabständen von 8 Minuten auf die Siliziumkörper geschickt. Der Sinterprozeß dauert ca. 60 Minuten; die Zeit der Pulsbelastung 40 Minuten.
Die Tiefe der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgeschmolzenen Schicht beträgt im Mittel 100 /um; der Durchmesser der Siliziumkörner liegt im Bereich von 200 bis 250 um.
In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, nach dem Sinterprozeß die nicht aufgeschmolzene Unterseite der Siliziumfolie zu entfernen.
9 Patentansprüche 1 Figur

Claims

Patentanspruche.

1. Verfahren zum Herstellen von platten- oder bandförmigen Siliziumkristallkörpern mit einer der Kolumnarstruktur gleichwertigen Säulenstruktur, insbesondere geeignet zur Weiterverarbeitung für großflächige Solarzellen, ohne Aufschmelzen des den Siliziumkörper bildenden Grundmaterials, bei dem a) das Siliziumpulver mit einer Körnung <1 e mit einem Binder zu einem Schlicker verrührt wird, b) der Schlicker mit einem Ziehschuh auf einer Unterlage zu einer Folie ausgezogen, die Folie getrocknet und die Unterlage entfe: wird, und c) die Siliziumfolie auf einer temperaturbeständigen, inerten Unterlage in Schutzgasatmosphäre bei einer unterhalb 14000C liegenden Sintertemperatur so gesintert wird, daß eine Lage von einkristallinen Siliziumkörnern mit einem der Foliendicke angepaßten Durchmesser entsteht nach Patent ... (= P 29 27 086.8), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß während des Sinterprozesses mindestens ein kurzer Hitzestrahl von oben auf die plan auf der Sinterunterlage aufliegende Siliziumfolie geschickt wird, wobei die Hitzepulsdauer so eingestellt wird, daß die Siliziumfolie in dünner Oberflächenschicht kurzzeitig aufgeschmolzen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Hitzestrahl so eingestellt wird, daß er eine Oberflächenerwärmung von 14200C erzeugt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Hitzepuls durch eine Heißluftstrahlung erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis-3, d a d u r c h g ek e n n z é i c h n e t , daß die Dauer des Ritzepulses auf maximal 2 Minuten eingestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Hitzepulse von maximal 2 Minuten Dauer mit einem Zeitabstand von 8 Minuten erzeugt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, d a du r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Zahl der Pulse-auf maximal 20 eingestellt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Aufheizrate auf die Sintertemperatur und die Abktihlrate auf 10°K/min. eingestellt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß als Sinterunterlage Quarz in Form von kristallinem Quarz, feinkörnigem Quarzsand oder in Form einer Engobe auf einer Aluminiumoxid-Unterlage verwendet wird.

9. Verfahren nach-Anspruch 1 bis 8, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß nach dem Sinterprozeß die nicht aufgeschmolzene Unterseite der Siliziumfolie entfernt wird.