DE3231326A1 - Vorrichtung zum herstellen von grossflaechigen, bandfoermigen siliziumkoerpern fuer solarzellen - Google Patents

Vorrichtung zum herstellen von grossflaechigen, bandfoermigen siliziumkoerpern fuer solarzellen

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DE3231326A1 DE19823231326 DE3231326A DE3231326A1 DE 3231326 A1 DE3231326 A1 DE 3231326A1 DE 19823231326 DE19823231326 DE 19823231326 DE 3231326 A DE3231326 A DE 3231326A DE 3231326 A1 DE3231326 A1 DE 3231326A1
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Helmut Dr.rer.nat. 8000 München Föll
Josef Dr.rer.nat. 8137 Berg Grabmaier
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Description

-??-?■ 1 Q ο ς
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA
Vorrichtung zum Herstellen von großflächigen/ bandförmiqen Siliziumkörpern für Solarzellen.
Die vorliegende Patentanmeldung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von großflächigen, bandförmigen Siliziumkörpern für Solarzellen durch Beschichten eines, gegen die Siliziumschmelze resistenten, von der Schmelze aber benetzbaren, eine netzartige Struktur aufweisenden Trägerkörpers mit geschmolzenem Silizium, bei der eine die Siliziumschmelze aufnehmende Schmelzwanne und in ihrem Bereich Führungseinrichtungen vorgesehen sind, die dafür sorgen, daß der zu beschichtende Trägerkörper kontinuierlich mit der Schmelze in Berührung gebracht wird.
Eine solche Vorrichtung ist aus der DE-OS 28 50 805 zu entnehmen. Dabei wird der aus einem Graphitnetz bestehende Trägerkörper im Durchlaufverfahren tangierend über die Oberfläche der in einer Schmelzwanne befindlichen Siliziumschmelze gezogen, wobei nach dem Kristallisationsvorgailg der Trägerkörper in das Siliziumband eingebaut ist. Durch dieses Verfahren läßt sich eine Flächenziehgeschwindigkeit von 1 m /min erreichen.
Technische Schwierigkeiten bereiten hierbei die in der Schmelze auftretenden Konvektionsströme, die zu beträchtliehen Temperaturschwankungen an der Kristallisationsfront' und damit auch zu Schwankungen der Dicke des flächenhaften Siliziumkörpers führen. Auch ist es schwierig, die Siliziumschmelze kontinuierlich und gleichmäßig nachzuführen und damit den Schmelzpegel immer auf gleicher Höhe zu halten, was ebenfalls eine notwendige Voraussetzung für
Edt 1 Plr/11.8.1982
-X- VPA 82 P t 6 9 6 DE
gleichmäßige Beschichtung des Trägerkörpers ist.
Eine gleichmäßigere Beschichtung wird erreicht, wenn, wie in der DE-OS 30 10 557 A1 beschrieben, die Beschichtung in Bezug auf die Ziehgeschwindigkeit so geführt wird, daß sich aufgrund der hohen Oberflächenspannung des geschmolzenen Siliziums in den Maschen des aus Graphit- oder graphitierten Quarzglasfäden bestehenden Trägerkörpernetzes nur eine dünne Schicht ausbildet und das bandförmige Netz durch eine spaltförmige Öffnung eines im,Bodenteil der Schmelzwanne angebrachten, sich in Richtung Schmelzoberfläche erstreckenden Kanals geführt wird, wobei die spaltförmige Öffnung den Abmessungen des bandförmigen Netzes (Fadenstärke) angepaßt ist. Das Problem der Nachführung von Silizium in die Schmelzwanne ist hier noch nicht befriedigend gelöst.
Das gleiche gilt auch für das aus der europäischen Patentanmeldung 0 013 985 bekannte Verfahren, bei dem das schmelzflüssige Silizium aus einem Vorratsbehälter mit einer mit Silizium nicht mischbaren, Silizium aber benetzenden, nicht elementaren Gleitschmelze, deren Schmelzpunkt unterhalb der des Silizium liegt, in Kontakt gebracht und auf dieser Gleitschmelze gleitend, eine Siliziumfilm abgezogen und durch Kühlung unter seinen Schmelzpunkt zusammenhängend zum Erstarren gebracht wird. Dieses Verfahren ist technisch sehr aufwendig.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrundeliegt, besteht in der Schaffung einer Ziehvorrichtung für billig herzustellende Siliziumbänder für Solarzellen, bei der eine gleichmäßige Beschichtung bei hohem Durchsatz gewährleistet ist, das heißt, daß
1 . Konvektionsströme in der Schmelze vermieden werden
und
2. ein einfaches Nachfüllsystem anwendbar ist.
ΟΔΟ I J Z.
- * - VPA 82 P I 6 9 6 OE
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art entweder dadurch gelöst, daß
a) die Schmelzwanne in ihrem Bodenteil senkrecht nach
außen führende, parallel verlaufende, kapillare Öffnungen für die Zuführung der Schmelze aufweist und
b) unterhalb der Schraelzwanne im Bereich der kapillaren Öffnungen ein in horizontaler Richtung verlaufender, beheizbarer Kanal für die Führung des Trägerkörpers angeordnet ist,
oder, daß
a) die Schmelzwanne mit einem, aus einem System von sich in senkrechter Richtung erstreckenden, parallel verlaufenden Kapillaren bestehenden Körper gekoppelt ist und
b) über dem Kapillarkörper im Bereich der mit der SiIiziumschmelze gefüllten kapillaren Öffnungen ein in horizontaler Richtung verlaufender Kanal für die Führung des zu beschichtenden Trägerkörpers angeordnet ist.
Durch die Verwendung des Kapillarkörpers wird zum einen die Schmelzzuführung zum Trägerkörper von der Vorratsschmelze entkoppelt, zum anderen Störungen durch Konvektionsströmungen wegen der geringen Dicke der Schmelze im Kristallisationsbereich und der hohen Wärmekapazität des Kapillarkörpers vermieden.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Zur Erläuterung der erfindungsgemaßen Vorrichtungen wird nunmehr auf die Figuren 1 bis 4 Bezug genommen. Dabei zeigen
-Λ - VPA 82 P 1 6 9 6 OE
die Figuren 1 und 2 in schematischer Darstellung Ziehvorrichtungen, bei denen sich der Führungskanal unterhalb der Schmelzwanne (Figur 1) und oberhalb der Schmelzwanne (Figur 2) befindet,
die Figur 3 zeigt eine Ausführungsform nach Figur 2 mit speziell ausgebildeter Austrittsöffnung des Führungskanals und
10
die Figur 4 eine Prinzipskizze über den Kristallisationsvorgang nach Figur 3.
Bei der Darstellung der Vorrichtungen nach Figur 1 bis ist auf die Darstellung der die Bewegung des TragerkÖrpers bewirkende Mechanik verzichtet worden, da sie nicht erfindungswesentlich ist.
Figur 1: Das in einer Schmelzwanne 1 aus z. B.Graphit oder Quarzglas befindliche schmelzflüssige Silizium 2, welches nach Maßgabe des durch die Beschichtung verbrauchten Silizium kontinuierlich oder auch in bestimmten Abständen durch ein einfaches Nachfüllsystem (nicht dargestellt) ergänzt wird, wird durch im Bodenteil 3 der Schmelzwanne 1 befindliche, senkrecht nach unten führende, parallel zueinander verlaufende kapillare Öffnungen 4 den unterhalb der Schmelzwanne 1 in horizontaler Richtung (siehe Pfeil 5) in einem Kanal 6 geführten Trägerkörper 7, der aus einem Graphitnetz besteht, zugeführt. Der Führungskanal 6 ist mit einer Heizung 8 versehen, damit das den Trägerkörper 7 benetzende schmelzflüssige Silizium 2 erst beim Verlassen des Führungskanals 6 zu einem Siliziumband 9, in das der Trägerkörper 7 integriert ist, kristallisiert. An der Austrittsstelle kann in Höhe der kapillaren Öffnungen 4 ein zusätzlicher Heizer 10 und unterhalb des Trägerkörpers eine Kühlvorrichtung, zum Beispiel ein Gebläse (siehe Pfeile 20) angeordnet sein,
O Z. ν.; i ο ι.
'-I- VPA 82P1696DE
wodurch der Kristallisationsvorgang unterstützt wird.
Figur 2: Das in der Schmelzwanne 11 befindliche schmelzflüssige Silizium 12 wird durch einen, aus einem System von sich in senkrechter Richtung erstreckenden, parallel zueinander verlaufenden Kapillaren 14 bestehenden Körper 13 aus Graphit, dem in einem Führungskanal 16 in horizontaler Richtung (siehe Pfeil 17) laufenden Trägerkörper 18, der aus einem Graphitnetz besteht, zugeführt.
Taucht man den die Kapillaren 14 enthaltenden Körper 13 in die Siliziumschmelze 12 ein, so steigt das flüssige Silizium in den Kapillaren 14 hoch, füllt den Führungskanal 16 mit flüssigem Silizium und beschichtet den durchlaufenden Trägerkörper 18. Der Kapillarkörper 13 ist durch direkten Strom beheizbar, um das Silizium im flüssigen Zustand zu erhalten (nicht dargestellt). Desgleichen kann auch der Führungskanal beheizt werden. Beim Verlassen des Führungskanals 16 kann zur Unterstützung der Kristallistion der beschichtete Trägerkörper (= Siliziumband 19) von unten durch ein Gebläse 20 gekühlt werden.
Figur 3: Eine asymmetrische Beschichtung des bandförmigen Trägerkörpers (18, 19) kann* erreicht werden, indem die Austrittsöffnung 21 des Führungskanals 16 nach unten erweitert wird und vor der Öffnung 21 eine Heizvorrichtung 22 oberhalb des mit Silizium beschichteten Trägerkörpers 19 und unterhalb eine Kühlvorrichtung, beispielsweise ein Gebläse 20, angeordnet wird. Ansonsten gelten die gleichen Bezugszeichen wie in Figur 2.
Wie aus Figur 4 zu entnehmen ist, kristallisiert mit der Ziehgeschwindigkeit v_ dann flüssiges Silizium zwangsläufig zuerst auf der, der Kühlvorrichtung 20 zugewandten Seite des Trägerkörpers 18. Wegen des Temperaturanstiegs in Richtung zur Heizeinrichtung 22 erfolgt dann die weitere Kristallisation in Richtung zum Trägerkörper (18,
-/-VPA 82 P 1696 DE
19) mit der Geschwindigkeit vv /^. v~. Es gelten die gleichen Bezugszeichen wie in Figur
6 Patentansprüche 4 Figuren
Leerseite

Claims (6)

  1. Patentansprüche
    Vorrichtung zum Herstellen von großflächigen, bandförmigen Siliziumkörpern (9) für Solarzellen durch Beschichten eines, gegen die Siliziumschmelze (2) resistenten, von der Schmelze (2) aber benetzbaren, eine netzartige Struktur aufweisenden Trägerkörpers (7) mit geschmolzenem Silizium, bei der eine die Siliziumschmelze (2) aufnehmende Schmelzwanne (1) und in ihrem Bereich Führungseinrichtungen vorgesehen sind, die dafür sorgen, daß der zu beschichtende Trägerkörper (7) kontinuierlich mit der Schmelze (2) in Berührung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet , daß
    a) die Schmelzwanne (1) in ihrem Bodenteil (3) senkrecht nach außen führende, parallel verlaufende, kapillare Öffnungen (4) für die Zuführung der Schmelze (2) aufweist und
    b) unterhalb der Schmelzwanne (1) im Bereich der kapillaren Öffnungen (4) ein in horizontaler Richtung (5) verlaufender, beheizbarer (8) Kanal (6) für die Führung des Trägerkörpers (7) angeordnet ist (Figur 1),
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e ke-nnzeichnet , daß Mittel (10, 20) vorgesehen sind, durch welche der beschichtete Trägerkörper (9) an der Austrittsstelle von oben beheizt und von unten gekühlt wird.
  3. 3· Vorrichtung zum Herstellen von großflächigen, bandförmigen Siliziumkörpern (19) für Solarzellen durch Beschichten eines, gegen die Siliziumschmelze (12) resistenten, von der Schmelze (12) aber benetzbaren, eine netzartige Struktur aufweisenden Trägerkörpers (18) mit geschmolzenem Silizium, bei der eine die Siliziumschmelze (12) aufnehmender Schmelzwanne (11) und in ihrem Bereich
    Führungseinrichtungen vorgesehen sind, die dafür sorgen, daß der zu beschichtende Trägerkörper (18) kontinuierlich mit der Schmelze (12) in Berührung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß
    a) die Schmelzwanne (11) mit einem, aus einem System von sich in senkrechter Richtung erstreckenden, parallel verlaufenden Kapillaren (14) bestehenden Körper (13), gekoppelt ist, und
    b) über dem Kapillarkörper (13) im Bereich der mit der Siliziumschmelze (12) gefüllten kapillaren Öffnungen (14) ein in horizontaler Richtung (17) verlaufender Kanal (16) für die Führung des zu beschichtenden Trägerkörpers (18) angeordnet ist (Figur 2).
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Kapillarkörper (13) durch direkten Stromdurchgang beheizbar ist.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 und/oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Führungskanal
    (16) eine nach unten erweitere Austrittsöffnung (21) für den beschichteten Trägerkörper (19) aufweist und daß im Bereich der Austrittsöffnung (21) oberhalb des beschichteten Trägerkörpers (19) eine Heizvorrichtung (22) und unterhalb des beschichteten Trägerkörpers (19) eine Kühlvorrichtung (20) vorgesehen ist (Figur 3).
  6. 6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, durch welche der Führungskanal (16) beheizbar ist.
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