DE3231268A1

DE3231268A1 - Verfahren und vorrichtung zum asymmetrischen beschichten eines bandfoermigen traegerkoerpers mit silizium fuer die weiterverarbeitung zu solarzellen

Info

Publication number: DE3231268A1
Application number: DE19823231268
Authority: DE
Inventors: Richard Dr.Rer.Nat. 8025 Unterhaching Falckenberg; Helmut Dr.rer.nat. 8000 München Föll; Josef Dr.rer.nat. 8137 Berg Grabmaier
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-08-23
Filing date: 1982-08-23
Publication date: 1984-02-23
Also published as: JPS5954692A; US4505221A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungsvorrichtung für netzunabhängige Verbraucher, bei der in ein Gehäuse (10) ein Akkumulator (12) einführbar ist, der durch auf der Stromversorgungsvorrichtung vorgesehene Solarzellen (1-5) aufgeladen werden kann. Die Stromversorgungsvorrichtung kann aber auch zur Dauerstromversorgung eingesetzt werden, da die Solarzellen (1 bis 5) dann direkt Strom an den Verbraucher abgeben.

Description

Verfahren" und Vorrichtung zum asymmetrischen Beschichten eines bandförmigen Trägerkörpers mit Silizium für die Weiterverarbeitung zu Solarzellen.

Die vorliegende Patentanmeldung betrifft ein Verfahren zum asymmetrischen Beschichten eines bandförmigen Trägerkörpers mit flüssigem Silizium für die Weiterverarbeitung zu Solarzellen unter Verwendung einer Vorrichtung, bei der eine die Siliziumschmelze aufnehmende Schmelzwanne vorgesehen ist, die in ihrem Bodenteil zur Führung des bandförmigen Trägerkörpers einen sich in Richtung Schmelzoberfläche erstreckenden, mit einer spaltförmigen Öffnung versehenen Kanal aufweist, durch den der unterhalb der Schmelzwanne auf einer Vorratsrolle aufgespulte bandförmige Trägerkörper in der Öffnung geführt wird, dann von der Schmelze benetzt und oberhalb der Schmelzwanne der beschichtete Trägerkörper im Bereich des Führungskanals angeordneten Speichertrommel wieder aufgespult wird sowie Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens.

Beschichtungen von Trägerkörpern, mit flüssigem Silizium sind beispielsweise aus der US-PS 4.171.991 oder aus dem Abstract Mo. 327 von C. Belouet aus dem Electrochem. Meeting St. Louis, USA, 11. bis 16. Mai 1980, bekannt. Während bei dem zuerst genannten Verfahren ein dichtes Gewebe aus Graphitfäden durch eine Schmelze gezogen oder in diese eingetaucht und ganz von ihr benetzt wird, wird bei der zuletzt genannten Literaturstelle ein aus einer Graphitplatte bestehendes Substrat durch eine im Boden des Schmelztiegels befindliche Öffnung geführt. Hierbei besteht die Gefahr, daß flüssiges Silizium durch die Öffnung

Edt 1 Plr/11.8.1982

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- ? - VPA 82 P 1 δ 9 5 DE

am Tiegelboden ausläuft und dadurch die Beschichtung unterbrochen wird.

Ein Verfahren, welches mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art durchführbar ist/ ist aus der DE-OS 30 10 557 A1 zu- entnehmen. Mittels dieser Vorrichtung ist die Möglichkeit gegeben, Flächensilizium mit einem hohen Durchsatz (1m /min) herzustellen. Dabei wird ein netzförmiger, gegenüber flüssigem Silizium resistenter, von Silizium gut benetzbarer Trägerkörper aus Graphit mit schmelzflüssigem Silizium flächenbeschichtet und bei der Kristallisation des Siliziums in den Siliziumkörper miteingebaut. Wenn keine besonderen Vorkehrungen getroffen werden, befindet sich der Trägerkörper im allgemeinen im Zentrum des Flächensiliziums, das heißt, der Trägerkörper wird symmetrisch mit Silizium beschichtet.

Aus folgenden Gründen hat es sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, den Trägerkörper asymmetrisch zu beschichten, das heißt, die Beschichtung so zu führen, daß der Trägerkörper nur einseitig beschichtet wird:

1. der Siliziummaterialeinsatz wird auf ein Minimum beschränkt. Selbst bei einer Dicke der Siliziumschicht von nur 150 bzw. 200 μπι ist bei einer Netzfadenstärke von 50 bzw. 100 μπι der Trägerkörper außerhalb des effektiven Teiles der Solarzelle, das heißt, außerhalb des Zellenbereichs, in dem durch Lichtabsorption (Eindringtiefe ^. 130 μπι) Ladungsträger erzeugt werden.

Da der Trägerkörper außerhalb der Eindringtiefe des Lichts liegt, tritt keine Minderung des Wirkungsgrades durch "Abschattung" ein.

2. Der Trägerkörper läßt sich direkt in der Rückelektrode inkorporieren.

3. Die vom Trägerkörper ausgehenden und das Flächenwachstum

.(ο- -J- VPA 82 P H 95 DE

beeinträchtigenden KristallWachstumsstörungen lassen sich weitgehend ausschalten. Hierdurch kann quasimonokristallines Flächenwachstum erzielt werden, was sich günstig auf den Wirkungsgrad der Solarzelle auswirkt.

Aus der DE-OS 30 36 104 Al ist ein Verfahren zum Ziehen einer polykristallinen Siliziumschicht auf einem karbonisierten Keramiksubstrat bekannt/ bei dem eine asymmetrische Beschichtung des Substrates dadurch erreicht wird, daß das Substrat aus der Siliziumschmelze in einer, von der vertikalen abweichenden Lage herausgezogen wird, wobei die Aufheizung durch die noch eingetauchte, untere, nicht beschichtete Schicht erfolgt. Durch das Schrägnachobenführen des Trägerkörpers (Winkel zur Senkrechten etwa 10°) wird eine unsymmetrische Beschichtung des Trägerkörpers erzielt, die bei einer senkrechten Führung des Trägerkörpers nach oben, wie es bei dem Verfahren der eingangs genannten Art der Fall ist, zu einer symmetrischen Beschichtung führt. Das Schrägziehen von Flächensilizium ist aber insbesondere beim Ziehen mit Nachheizzone, die bei schnellem Ziehen und für hohe Kristallqualität des Siliziums unerläßlich ist, technisch sehr aufwendig und problematisch.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein möglichst hoher Durchsatz bei geringem Materialverbrauch mit einfachen Vorrichtungen problemlos erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei Verwendung einer Vorrichtung ähnlich der in der DE-OS 30 10 557 beschriebenen dadurch gelöst, daß im Kristallisationsbereich des schmelzflüssigen Silizium senkrecht zum beschichteten Trägerkörper ein Temperaturgradient erzeugt wird. Dabei liegt es im Rahmen des Erfiridungsgedankens, daß der mit Silizium beschichtete Trägerkörper, welcher vorzugsweise aus einem Netz aus Graphitfäden oder aus graphitierten

-χ- VPA 82 ρ 1 6 9 5 DE

Quarzglasfäden besteht, entweder im Kristallisationsbereich auf der einen Seite erwärmt und auf der anderen Seite gekühlt wird, oder, parallel zu einem, von Silizium gut benetzbaren, in die Schmelze eintauchenden plattenförmigen Körper aus der Siliziumschmelze gezogen wird und dabei auf seiner dem plattenförmigen Körper gegenüberliegenden Seite gekühlt wird.

Weitere Einzelheiten, insbesondere über Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind aus den Unteransprüchen und den in der Zeichnung in schematischer Darstellung befindlichen Figuren 1 bis 4 sowie deren Beschreibung zu entnehmen. Dabei zeigen

die Figuren 1,3 und 4 spezielle Vorrichtungen zur Erzielung eines Temperaturgradienten mit horizontaler Komponente im Kristallisationsbereich, während

die Figur 2 das Prinzip veranschaulichen soll.

Für.gleiche Teile gelten in allen Figuren gleiche Bezugszeichen.

Figur 1: Ein Temperaturgradient im Kristallisationsbereich senkrecht zum beschichteten Trägerkörper 1, welcher vor dem Eintauchen in die, in einer Wanne 5 befindlichen Schmelze 7 aus einem Graphitnetz 2 besteht, läßt sich erzielen, wenn die beiden Lippen 3 und 4 des durch den Bodenteil der Schmelzwanne 5 gehenden Führungskanals 6 unterschiedlich breit und bezüglich des Schmelzniveaus (7) auf unterschiedlicher Höhe liegen. Die Zuführung der Schmelze 7 erfolgt über Kapillarkräfte durch im Zuführungskanal 6 aus Graphit angebrachte Öffnungen 8. Vorzugsweise läuft die eine (4) der beiden Lippen 3 und 4 in einer Spitze aus und die Höhendifferenz liegt im Bereich von 2 bis 6 mm. Durch diese spezielle Geometrie ergibt

-^- VPA 82 P 1695 OE

sich eine einseitige Abstrahlung von Wärme, was gleichbedeutend ist mit einer einseitigen Kühlung. Dies bewirkt zwangsläufig, daß das flüssige Silizium 7 auf der Seite der tiefer gelegenen Lippe 3 des Zuführungskanals 6 für das bandförmige Graphitnetz 2 zuerst kristallisiert (siehe auch Figur 2).

Die Benetzung wird auf folgende Weise durchgeführt: Das als Trägerkörper dienende bandförmige Graphitnetz 2 wird durch den im Boden der Schmelzwanne 5 befindlichen Kanal 6 in Richtung Schmelzoberfläche geführt und mit der über die Öffnungen 8 im Kanal aufsteigenden Siliziumschmelze benetzt und dann in Pfeilrichtung 9 weggezogen. Dabei kann das Graphitnetz 2 von einer Vorratsrolle abgespult und das beschichtete Siliziumband 1 auf einer Speichertrommel wieder aufgespult werden. Die Schmelze 7 kann durch eine seitliche Zuführung der Schmelzwanne 5 mit festem oder flüssigem Silizium ergänzt werden, so daß der Schmelzpegel in der Schmelzwanne 5 immer auf konstanter Höhe bleibt. Dieses Transportprinzip ist auch in der DE-OS 30 10 557 beschrieben. Das gleiche gilt auch für die Ziehbedingungen.

Figur 2: Hier ist dargestellt, wie das Silizium mit der Ziehgeschwindigkeit v_. zuerst auf der Seite der Siliziumschicht, die von der oberen Lippe 4 abgewandt ist, kristallisiert. Wegen des Temperaturanstiegs zur oberen Lippe 4 hin erfolgt dann die weitere Kristallisation des Silizium in Richtung zum bandförmigen Trägerkörper (1, 2) mit der Geschwindigkeit Vj. <^ v-..

Beide Seitenwände (3, 4) des Kanals 6 werden unabhängig voneinander durch jeweils direkten Stromdurchgang oder durch externe Heizer (nicht dargestellt) so beheizt, daß die hohe Seitenwand 4 eine höhere Temperatur aufweist als die niedrigere Seitenwand 3. Die Seitenwände (3, 4) bestehen aus einem Material, das von flüssigem Silizium gut

benetzt wird (Benetzungswinkel *Ä 90°); die Weite des Kanals 6 ist so bemessen, daß in ihm flüssiges Silizium 7 infolge von Kapillarkräften zur Öffnung hochsteigen kann. Als Material ist Graphit mit einem Benetzungswinkel OC = 30° gut geeignet.

Figur 3: Eine asymmetrische Beschichtung wird auch erreicht, wenn der mit Silizium beschichtete Trägerkörper 1 parallel zu einer Platte 10, welche beispielsweise aus Graphit besteht und in die, in der Schmelzwanne 5 befindliche Siliziuraschmelze 7 eingetaucht ist, aus der Schmelze 7 in Pfeilrichtung 9 gezogen wird, wobei der aus dem. bandförmigen Graphitnetz 2 bestehende Trägerkörper auf der dieser Graphitpllatte 10 gegenüberliegenden Seite, zum Beispiel durch ein Gebläse (siehe Pfeile 11) gekühlt wird.

Figur 4: Eine weitere Möglichkeit der asymmetrischen Beschichtung besteht darin, wenn, wie hier dargestellt ist, der mit schmelzflüssigem Silizium beschichtete Trägerkörper 1 auf einer Seite durch Heizexnrichtungen 12 beheizt und auf der anderen Seite durch Anblasen (siehe Pfeile 11) gekühlt wird.

10 Patentansprüche
4 Figuren

Leerseite

Claims

VPA 82 P 1 6 9 5 DE

Patentansprüche

J^y Verfahren zum asymmetrischen Beschichten eines bandförmigen Trägerkörpers mit flüssigem Silizium für die Weiterverarbeitung zu Solarzellen unter Verwendung einer Vorrichtung, bei der eine, die Siliziumschmelze aufnehmende Schraelzwanne vorgesehen ist, die in ihrem Bodenteil zur Führung des bandförmigen Trägerkörpers einen sich in Richtung Schmelzoberfläche erstreckenden, mit einer spaltförmigen Öffnung versehenen Kanal aufweist, durch den der unterhalb der Schmelzwanne auf einer Vorratsrolle aufgespulte bandförmige Trägerkörper in der Öffnung geführt wird, dann von der Schmelze benetzt und oberhalb der Schmelzwanne der beschichtete Trägerkörper im Bereich des Führungskanals angeordneten Speichertrommel wieder aufgespult wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Kristallisationsbereich des schmelzflüssigen Siliziums senkrecht zum beschichteten Trägerkörper (1) ein Temperaturgradient erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1-, dadurch gekennzeichnet , daß als Trägerkörper (2) ein Netz aus Graphitfäden oder aus graphitierten Quarzglasfäden verwendet wird.
3· Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der mit Silizium beschichtete Trägerkörper (1) im Kristallisationsbereich auf der einen Seite erwärmt (12) und auf der anderen Seite gekühlt (11) wird (Figur 4).
4. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Silizium beschichtete Trägerkörper (1) parallel zu einem, von Silizium gut benetzbaren, in die Schmelze (7) eintauchenden plattenförmigen Körper (10) aus der Siliziumschmelze (7) gezogen wird und dabei auf seiner dem plattenförmigen

·<2· VPA 82 P 1695 OE

Körper (10) gegenüberliegenden Seite (T) gekühlt wird (Figur 3).
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß sich der Führungskanal (6) in seiner Höhe bis über die Schmelzoberfläche (7) erstreckt, wobei die beiden Lippen (3, 4) des Kanals (6) unterschiedlich breit sind und bezüglich der Schmelzoberfläche (7) eine unterschiedliche Höhe aufweisen, und daß für die Zuführung der Schmelze (.7) im Führungskanal (6) kapillare Öffnungen (8) angebracht sind (Figur 1).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e kennzeichn-et, daß die eine Lippe (.4) nach oben in einer Spitze ausläuft und die Höhendifferenz im Bereicht von 2 - 6 mm liegt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und/oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, durch welche die beiden Lippen des Kanals unabhängig voneinander beheizbar sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 7, dadurch

gel.dnnzeichnet, daß der Führungskanal (6) aus Graphit besteht.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch

-Ό gekennzeichnet, daß im Kristallisationsbereich über dem Führungskanal (6) parallel zum Trägerkörper (2) ein in die Schmelze (7) eintauchender, von Silizium gut benetzbarer plattenförmiger Körper (TO) angeordnet und auf der von diesem Körper (10) abgewandten Seite des beschichteten Trägerkörpers (1) eine Kühlvorrichtung (11) vorgesehen ist (Figur 3).

. 3· ^vpA 82 P 16 95 OE
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß der plattenformige Körper (10) aus Graphit besteht.