DE3210403A1

DE3210403A1 - Verfahren zum herstellen von grossflaechigen siliziumkoerpern in modulbauweise

Info

Publication number: DE3210403A1
Application number: DE19823210403
Authority: DE
Inventors: Josef Dr.rer.nat. 8137 Berg Grabmaier
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-03-22
Filing date: 1982-03-22
Publication date: 1983-09-22
Also published as: DE3210403C2

Description

Verfahren zum Herstellen von großflächigen Silizium-
körpern in Modulbauweise.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von großflächigen Siliziumkörpern in Modulbauweise, wie sie insbesondere zur Weiterverarbeitung für Solarzellenanordnungen verwendet werden, bei dem ein Trägerkörper mit netzartiger Struktur aus einem von Silizium benetzbaren Fasermaterial verwendet wird, mit dem geschmolzenen Silizium in Kontakt gebracht und so beschichtet wird, daß sich aufgrund der hohen Oberflächenspannung des geschmolzenen Siliziums in den Maschen des Netzes eine dünne Siliziumschicht ausbilden kann und bei dem nach dem Erstarren des Silizium der Trägerkörper mit der netzartigen Struktur in den Siliziumkörper integriert -ist.
Ein solches Verfahren ist z. B. aus der DE-OS 30 10 557 Al bekannt. Dieses Verfahren hat gegenüber anderen bekannten Verfahren, bei denen der Siliziumkörper durch material-und kostenintensive Trennprozesse aus Siliziumstäben oder gegossenen Siliziumblöcken gewonnen wird, eindeutig den Vorteil, daß durch seine Flächenform in Bändern oder Platten ohne Materialverlust die Solarzellenanordnung gleich in der gewünschten Dicke vorliegt und beim Herstellprozeß gleich die für seine Wirkungsweise erforderlichen aktiven Gebiete erzeugt werden können. Während bei der herkömmlichen Methode für 1 m2 große Silizium~ solarzellen wenigstens 1200 gr Silizium benötigt werden, sind bei der Herstellung in Flächenform (Sheet-Technologie) für 1 m2 große Siliziumsolarzellen weniger als 350 gr Silizium ausreichend. Außerdem sind die Wirkungs grade, die sich mit dem Sheet-Material erzielen lassen (10 bis 14 %), durchaus mit den Wirkungsgraden von Siliziumsolarzellen aus Siliziumstäben und -blöcken vergleichbar.
Nachteilig für die Sheet-Technologie ohne Trägerkörper ist, daß die mit ihr erzeugten Bänder wegen ihrer geringen Dicke (100 bis 150 /um) keine ausreichende mechanische Festigkeit besitzen und beim Zertrennen in Module eine hohe Ausbruchrate aufweisen. Diese Ausbruchrate wird gemindert, wenn ein Trägerkörper wie beim eingangs beschriebenen Verfahren verwendet wird, weil dadurch selbsttragende Siliziumkörper bzw. -bänder entstehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Trennung der Silizium-Körper oder -bänder beim eingangs beschriebenen Verfahren zu erleichtern und außerdem eine Siliziumstaubw bildung und eine Beschädigung der Solarzellenränder zu vermeiden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorne schlagen, einen Trägerkörper zu verwenden, der in, auf die flächenmäßige Ausdehnung der Solarzellenanordnung abgestimmten periodischen Abständen Maschenzeilen mit Maschen von größerer Weite aufweist als der Weite, die für die zu beschichtenden Maschen des Netzes vorgesehen ist, so daß bei Einhaltung der auf die Maschenweite der zu beschichtenden Bereiche des netzförmigen Trägerkörpers abgestimmten Beschichtungsparameter die Maschenzeilenbereiche mit den weiten Maschen nicht beschichtet werden und der Siliziumkörper an diesen Stellen in die einzelnen Solarzellenanordnungen zerteilt werden kann. Das flüssige Silizium benetzt die Stege des Netzes und füllt aufgrund seiner hohen Oberflächenspannung die bis zu mehreren mm weiten Maschen des Netzes aus. Die Maschen sollen dabei für eine gleichmäßige Beschichtung des Trägerkörpers mit Silizium um so enger sein, Je heißer die Siliziumschmelze und je höher die Beschichtungsgeschwindigkeit ist. Durch Kristallisation des Silizium entstehen plattenförmige oder bandförmige Siliziumkörper, in der dann der Trägerkörper integriert ist, wobei aber in den Maschenzeilen mit den größeren Maschenweiten (doppelter oder dreifacher Weite) keine Siliziumschicht entsteht.
Die unbeschichteten Maschenstege können dann problemlos mit einem scharfen Trennwerkzeug (Messer, Rasierklinge, Schere) durchgetrennt werden. Zweckmäßigerweise sind die Zeilen mit den größeren Maschen im Trägerkörper so angeordnet, daß ein von ihnen umrandetes Feld des Trägerkörpers der Größe eines Solarzellenmoduls (z. B. 10 cm x 10 cm oder 10 x 20 cm) entspricht.
Von großem Vorteil erweisen sich die Maschenzeilen mit den weiten Maschen auch bei der Kristallisation des Siliziums. Die Volumenzunahme beim Erstarren des Silizium (ca. 10 °s), wie auch das unterschiedliche Verhalten von Siliziumkörper und Trägerkörper bei der Abkühlung führen bei der Flächenkristallisation zu lateralen Verspannungen. Durch die Existenz von unbeschichteten Maschenzeilen können diese lateralen Spannungen im Flächensilizium, z. B. im Siliziumband, aufgefangen bzw.
klein gehalten werden, so daß eine hohe Kristallqualität erreicht werden kann. Zweckmäßigerweise wird deshalb die Größe des Solarzellenmoduis und die Größe des Feldes, in dem das Silizium spannungsfrei und in einer hohen Kristallqualität auskristallisieren kann, auf einander abgestimmt, da sich eine gute Kristallqualität auf den erzielbaren Wirkungsgrad der Solarzellen unmittelbar auswirkt.
Zur weiteren Erläuterung und deren in den Unteransprüchen gekennzeichneten Weiterbildungen wird auf die in der Zeichnung befindliche Figur Bezug genommen, welche in Draufsicht einen teilweise beschichteten erfindungsge- mäßen netzförmigen Trägerkörper mit modularem Aufbau zeigt. Dabei sind mit dem Bezugszeichen 1 siliziumbeschichtete Solarzellenmodule, mit 2 noch unbeschichtete Solarzellenmodul-Bereiche des Trägerkörpers, mit 3 Maschenzeilen mit weiten Maschen und mit 4 die den netzförmigen Trägerkörper bildenden Graphitfäden bezeichnet.
5 Patentansprüche 1 Figur

Claims

Patentansprüche .

Verfahren zum Herstellen von großflächigen Siliziumkörpern in Modulbauweise, wie sie insbesondere zur Weiterverarbeitung für Solarzellenanordnungen verwendet werden, bei dem ein Trägerkörper mit netzartiger Struktur aus einem von Silizium benetzbaren Fasermaterial (4) verwendet wird, mit dem geschmolzenen Silizium in Kontakt gebracht und so beschichtet wird, daß sich aufgrund der hohen Oberflächenspannung des geschmolzenen Siliziums in den Maschen des Netzes (1) eine dünne Siliziumschicht ausbilden kann und bei dem nach dem Erstarren des Silizium der Trägerkörper mit der netzartigen Struktur in den Silizitunkörper integriert ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Trägerkörper verwendet wird, der in, auf die flächenmäßige Ausdehnung der Solarzellenanordnung (1, 2) abgestimmten periodischen Abständen Maschenzeilen (3) mit Maschen von größerer Weite aufweist als der Weite, die für die zu beschichtenden Maschen des Netzes vorgesehen ist, so daß bei Einhaltung der auf die Maschenweite der zu beschichtenden Bereiche (1, 2) des netzförmigen Trägerkörpers abgestimmten Beschichtungsparameter die Maschenzeilenbereiche (3) mit den weiten Maschen nicht beschichtet werden und der Silizirndiörper an diesen Stellen (3) in die einzelnen Solarzellenanordnungen (1, 2) zerteilt werden kann.
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 ein Trägerkörper verwendet wird, dessen Maschenweite in den zu beschichten den Bereichen (1, 2) im Bereich von 1 - 7 mm liegt.
3. Verwahren 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 Ziehgeschwindigkeit bei der Beschichtung auf 10 cm/min bei einer Temperatur der Siliziutnschmelze im Bereich von 14300C - 1460°C eingestellt 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 der Trägerkörper aus Kohlenstoff (4) oder aus mit Kohlenstoff beschichteten Quarzglasfäden (4) mit einer Fadenstärke von maximal 120 /um besteht.
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 Zerteilung durch Abtrennen mittels eines Schneidwerkzeuges erfolgt.