DE3210403C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von groß­ flächigen Siliziumkörpern in Modulbauweise, wie sie zur Wei­ terverarbeitung 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 ge­ schmolzenen Siliziums in den Maschen des Netzes eine dünne Si­ liziumschicht ausbilden kann und bei dem nach dem Erstarren des Silizium der Trägerkörper mit der netzartigen Struktur in den Siliziumkörper integriert ist und bei dem schließlich der mit Silizium beschichtete Trägerkörper in einzelne Solarzellen zerteilt wird.

Ein solches Verfahren ist zum Beispiel aus der DE-OS 30 10 557 A1 bekannt. Dieses Verfahren hat gegenüber anderen bekannten Verfahren, bei denen der Siliziumkörper durch material- und kostenintensive Trennprozesse aus Siliziumstäben oder gegosse­ nen Siliziumblöcken gewonnen wird, eindeutig den Vorteil, daß durch seine Flächenform in Bändern oder Platten ohne Material­ verlust 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 Siliziumsolarzellen wenigstens 1200 g Silizium benötigt wer­ den, sind bei der Herstellung in Flächenform (Sheet-Technolo­ gie) für 1 m² große Siliziumsolarzellen weniger als 350 g Si­ lizium ausreichend. Außerdem sind die Wirkungsgrade, die sich mit dem Sheet-Material erzielen lassen (10 bis 14 Prozent), 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 µm) keine ausreichende mechanische Festigkeit besitzen und beim Zertrennen in Module eine hohe Ausbruchrate aufweisen. Diese Ausbruchrate wird gemindert, wenn ein Träger­ körper wie beim eingangs beschriebenen Verfahren verwendet wird, weil dadurch selbsttragende Siliziumkörper bzw. -bänder entstehen.

Ein ähnliches Verfahren ist auch aus der US-P 41 69 739 be­ kannt. Hier wird anstelle eines Graphitmaschennetzes ein gra­ phitfilzartiger Trägerkörper für die Siliziumbeschichtung ver­ wendet.

In der DE-OS 30 13 991 A1 wird eine Vorrichtung zur Beschich­ tung mit einem Halbleitermaterial für großflächige Solarzellen beschrieben, bei der als Trägerkörper für die halbleitende Schicht ein metallisiertes textiles Flächengewebe verwendet wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Trennung der Siliziumkörper oder -bänder beim eingangs beschriebenen Verfahren zu erleich­ tern und außerdem eine Siliziumstaubbildung und eine Beschä­ digung der Solarzellenränder zu vermeiden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, einen Trägerkörper zu verwenden, der an den für die Zerteilung vorgesehenen Bereichen, die voneinander entsprechend der flä­ chenmäßigen Ausdehnung der einzelnen Solarzellen beabstandet sind, Maschenzeilen aufweist, deren Maschen größere Weite ha­ ben als die Maschen in den für die Solarzellen vorgesehenen Bereichen, so daß bei der Beschichtung der für die einzelnen Solarzellen vorgesehenen Bereiche des netzförmigen Trägerkör­ pers die Maschenzeilenbereiche mit den weiten Maschen nicht beschichtet werden. 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 Ma­ schen sollen dabei für eine gleichmäßige Beschichtung des Trä­ gerkörpers mit Silizium um so enger sein, je heißer die Sili­ ziumschmelze und je höher die Beschichtungsgeschwindigkeit ist. Durch Kristallisation des Silizium entstehen plattenför­ mige oder bandförmige Siliziumkörper, in der dann der Träger­ körper 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 (Mes­ ser, Rasierklinge, Schere) durchgetrennt werden. Zweckmäßiger­ weise sind die Zeilen mit den größeren Maschen im Trägerkörper so angeordnet, daß ein von ihnen umrandetes Feld des Träger­ körpers der Größe eines Solarzellenmoduls (zum Beispiel 10 cm× 10 cm oder 10 cm×20 cm) entspricht.

Von großem Vorteil erweisen sich die Maschenzeilen mit den wei­ ten Maschen auch bei der Kristallisation des Siliziums. Die Volumenzunahme beim Erstarren des Silizium (ca. 10 Prozent) , wie auch das unterschiedliche Verhalten von Siliziumkörper und Trägerkörper können bei der Abkühlung bei der Flächenkristal­ lisation zu lateralen Verspannungen führen. Durch die Existenz von unbeschichteten Maschenzeilen können diese lateralen Span­ nungen im Flächensilizium, zum Beispiel im Siliziumband, auf­ gefangen bzw. klein gehalten werden, so daß eine hohe Kristall­ qualität erreicht werden kann. Zweckmäßigerweise wird deshalb die Größe des Solarzellenmoduls und die Größe des Feldes, in dem das Silizium spannungsfrei und in einer hohen Kristallqua­ lität auskristallisieren kann, aufeinander abgestimmt, da sich eine gute Kristallqualität auf den erzielbaren Wirkungsgrad der Solarzellen unmittelbar auswirkt.

Zur weiteren Erläuterung und deren in den Unteransprüchen ge­ kennzeichneten Weiterbildungen wird auf die in der Zeichnung befindliche Figur Bezug genommen, welche in Draufsicht einen teilweise beschichteten erfindungsgemäßen netzförmigen Träger­ körper mit modularem Aufbau zeigt. Dabei sind mit dem Bezugs­ zeichen 1 siliziumbeschichtete Solarzellenmodule, mit 2 noch unbeschichtete Solarzellenmodul-Bereiche des Trägerkörpers, mit 3 Maschenzeilen mit weiten Maschen und mit 4 die den netz­ förmigen Trägerkörper bildenden Graphitfäden bezeichnet.

Claims (3)

1. Verfahren zum Herstellen von großflächigen Siliziumkörpern in Modulbauweise, wie sie zur Weiterverarbeitung für Solar­ zellenanordnungen verwendet werden, bei dem ein Trägerkörper mit netzartiger Struktur aus einem von Silizium benetzbaren Fasermaterial (4) verwendet wird, mit dem geschmolzenen Sili­ zium in Kontakt gebracht und so beschichtet wird, daß sich auf­ grund der hohen Oberflächenspannung des geschmolzenen Siliziums in den Maschen des Netzes (1) eine dünne Siliziumschicht aus­ bilden kann und bei dem nach dem Erstarren des Silizium der Trägerkörper mit der netzartigen Struktur in den Siliziumkör­ per integriert ist und bei dem schließlich der mit Silizium beschichtete Trägerkörper in einzelne Solarzellen zerteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trägerkörper verwendet wird, der an den für die Zerteilung vorgesehenen Bereichen, die voneinander entsprechend der flä­ chenmäßigen Ausdehnung der einzelnen Solarzellen beabstandet sind, Maschenzeilen (3) aufweist, deren Maschen größere Weite haben als die Maschen in den für die Solarzellen vorgesehenen Bereichen (1, 2), so daß bei der Beschichtung der für die ein­ zelnen Solarzellen vorgesehenen Bereiche (1, 2) des netzför­ migen Trägerkörpers die Maschenzeilenbereiche (3) mit den weiten Maschen nicht beschichtet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Trägerkörper verwendet wird, des­ sen Maschenweite in den zu beschichtenden Bereichen (1, 2) der einzelnen Solarzellen im Bereich von 1 bis 7 mm liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ziehgeschwindigkeit bei der Beschichtung auf 10 cm/min bei einer Temperatur der Silizium­ schmelze im Bereich von 1430°C bis 1460°C eingestellt wird.