DE3129009A1

DE3129009A1 - Verfahren zum herstellen von fuer solarzellen verwendbarem silizium

Info

Publication number: DE3129009A1
Application number: DE19813129009
Authority: DE
Inventors: Hubert Dr. 8000 München Aulich; Josef Dr.rer.nat. 8131 Berg Grabmaier; Friedrich-Wilhelm Dr.rer.nat. 8081 Eching Schulze
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-07-22
Filing date: 1981-07-22
Publication date: 1983-02-10

Description

Verfahren zum Herstellen von für Solarzellen verwend-
barem Silizium.
Die vorliegende Patentanmeldung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von für Solarzellen verwendbarem Silizium durch Aufbereitung von Siliziumdioxid (SiO2) technischer Qualität mittels des Lichtbogenverfahrens.
Für die Herstellung kristalliner Silizium-Solarzellen wird hochreines Silizium als Grundmaterial verwendet, welches aus Silikochloroform (SiHCl3) oder Siliziumtetrachlorid (SiCl4) durch Abscheidung aus der Gasphase gewonnen werden kann. Dieses Abscheideverfahren führt zu Silizium hoher Reinheit, welches für die Herstellung von großflächigen Solarzellen zu teuer ist.
Aus dem Journal of Electrochem. Soc. 123 (1978) ist aus einem Aufsatz von T. L. Chu et al auf den Seiten 661 bis 665 ein Verfahren zu entnehmen, bei dem technisches Silizium im schmelzflüssigen Zustand mit reaktiven Gasen, z. B. Chlor und Sauerstoff durchperlt wird, wobei durch diese Hochtemperaturgasbehandlung die im Silizium vorhandenen Verunreinigungen (Eisen, Nickel, Titan, Chrom, Phosphor usw.) als flüchtige Chloride aus der Siliziumschmelze entfernt werden. Auf diese Weise läßt sich z. B.
der Eisengehalt in technischem Silizium von 3000 ppm auf ca. 80 ppm absenken. Das so gereinigte Silizium besitzt jedoch noch einen zu hohen Verunreinigungspegel und muß deshalb durch mindestens einen Kristallziehprozeß (Czochralski) nachgereinigt werden, wodurch das Verfahren wieder teuer wird.
Aus der DE-OS 27 22 783 ist ein weiteres Verfahren zum Reinigen von Silizium mit einem Siliziumgehalt von 95 % bekannt, bei dem das technische Silizium zunächst fein zermahlen und anschließend oder gleichzeitig mit Säurelösung behandelt wird. Diesem chemomechanischen Reinigungsschritt, bei dem ein Teil der Verunreinigungen aus dem Siliziumgranulat gelöst werden, muß aber auch noch zur Erzielung der für Solarzellen erforderlichen Qualität ein Kristallziehprozeß angeschlossen werden, wodurch auch dieses Verfahren wieder verteuert wird.
Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, besteht in der kostengünstigen Herstellung von für Solarzellen geeignetem Silizium, wobei als Ausgangsmaterial; Siliziumdioxid (Si02) technischer Qualität ( 98,5 zum verwendet wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß a) als Ausgangsmaterial für die Reduktion im Lichtbogen SiO2 und Kohle mit geringem Borgehalt verwendet werden, b) das nach der Reduktion erhaltene schmelzflüssige Silizium in einem Siliziumkörper übergeführt wird, wobei der Abkühlprozeß so geführt wird, daß die Kristallitgröße der Korngröße des Siliziumkristalles entspricht, c) der Siliziumkörper oberflächlich oxidiert wird, d) der Siliziumkörper in Inertgasatmosphäre getempert wird und e) die getemperten Siliziumkörper zur Abtrennung der oxidierten Oberflächenschicht mit den darin angereicherten Verunreinigungen einen für Silizium im wesentlichen nicht wirksamen chemischen Abtragprozeß unterworfen werden.
Dabei liegt es im Rahmen des Erfindungsgedankens, daß die Uberführung in den Siliziumkörper in Kristallitgröße durch ein Schleuder- oder Sprühverfahren erfolgt. Das Silizium erstarrt bei diesem Verfahren homogen in feinkristalliner Form (Korngröße 10 bis 20 /um) auf dem gekühlten Trägerkörper. Die anschließende oberflächliche Oxidation erfolgt bei 800 - 1O000C.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel nach der Lehre der Erfindung wird der Temperprozeß im Bereich von 800 bis 12000C durchgeführt, wobei vorzugsweise eine Argonatmosphäre verwendet wird. Beim Temperprozeß kommt es zu einer Anreicherung der Verunreinigungen in der oberflächlich erzeugten Oxidschicht.
In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, die Abtragung der die Verunreinigungen enthaltenden Oxidschicht von dem Siliziumkörper durch Behandlung mit fluß säurehaltigen Gemischen vorzunehmen.
Bei der Ätzbehandlung werden in jedem Fall die in der Oberflächenschicht angereicherten Verunreinigungen aus dem Silizium entfernt. Durch die Wahl der Prozeßparameter beim Schleuder- oder Sprühverfahren muß darauf geachtet werden, daß der Durchmesser dKorn>i dKristallit ist. Entscheidend für den Erfolg des Verfahrens ist, daß der Kristallit keine inneren Korngrenzen enthält.
Beim nachträglichen Oxidationsprozeß werden die Kristallite mit einer Oxidschicht umgeben, in die beim Tempern die Verunreinigungen diffundieren und angereichert werden. Damit sind sie dem Angriff des fluB-säurehaltigen Ätzmittels frei zugänglich.
Abschließend wird der Siliziumkörper in die für die Solarzellen-Weiterverarbeitung geeignete Form umgeschmolzen.
Die wesentlichen Verfahrensschritte sind in einem Fluß- diagramm der in der Zeichnung befindlichen Figur zu entnehmen.
7 Patentansprüche 1 Figur

Claims

Patentansprüche.

1. Verfahren zum Herstellen von für Solarzellen verwendbarem Silizium durch Aufbereitung von Siliziumdioxid (silo2) technischer Qualität mittels des Lichtbogenverfahrens, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß a) als Ausgangsmaterialien für die Reduktion im Lichtbogen SiO2 und Kohle mit geringem Borgehalt verwendet werden, b) das nach der Reduktion erhaltene schmelzflüssige Silizium in einen Siliziumkörper übergeführt wird, wobei der Abkühlprozeß so geführt wird, daß die Kristallitgröße der Korngröße des Siliziumkristalls entspricht, c) der Siliziumkörper oberflächlich oxidiert wird, d) der Siliziumkörper in Inertgasatmosphäre getempert wird, und e) die getemperten Siliziumkörper zur Abtrennung der oxidierten Oberflächenschicht mit den darin angereicherten Verunreinigungen einem für Silizium im wesentlichen nicht wirksamen chemischen Abtragprozeß unterworfen werden.

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 die terführung in den Siliziumkörper in Kristallitgröße durch ein Schleuder-oder Sprühverfahren erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Oxidation bei Temperaturen von 800 - 10000C durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die KorngröBe der Siliziumkristallite auf 10 bis 20 pm 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 der Temperprozeß im Bereich von 800 bis 12000C durchgefuhrt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Temperprozeß in Argonatmosphäre durchgeführt 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 Abtrennung der die Verunreinigungen enthaltende Oberflächenschicht durch Behandlung mit flußsäurehaltigen Gemischen erfolgt.