ES2483140T3 - Procedimiento de purificación de silicio para aplicaciones fotovoltaicas - Google Patents

Abstract

Procedimiento de purificación de silicio por exposición de silicio líquido (3) a un plasma (20), caracterizado por que el silicio (3) fluye de manera continua en un canal (4) de tal manera que su superficie libre esté expuesta al plasma (20), siendo la relación entre el tiempo de exposición al plasma y el grosor del silicio en el canal tal que las impurezas tengan el tiempo de difundirse hacia la superficie para ser volatilizadas y eliminadas

Description

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17-07-2014

Este canal está dispuesto en un recinto del cual se controla la atmósfera.

Por canal, se entiende en este documento un conducto, que puede ser de sección rectangular o semicircular o elíptica, provisto de una entrada y de una salida para permitir la fluidez de un fluido, siendo la profundidad del

conducto reducida frente a su longitud; se precisa que además, la sección de tal conducto esté abierta en su parte

superior de tal manera que la superficie libre del fluido que fluye en él sea accesible por los gases reactivos y el plasma.

El dimensionamiento del canal está además íntimamente relacionado con el tiempo de exposición al plasma. En efecto, es necesario respetar una relación de tiempo de exposición/grosor de silicio tal que las impurezas tengan el tiempo de difundirse hacia la superficie para ser volatilizadas y eliminadas. Así, para obtener unos resultados satisfactorios, esta relación puede ser determinada utilizando la relación:

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en la que C0 es la concentración inicial de impureza considerada, Q es el caudal de silicio líquido, l la anchura del canal y L la longitud del canal.

El tiempo de permanencia depende de la concentración en la entrada y de la concentración deseada en la salida;

este tiempo de permanencia es controlado por el caudal de silicio líquido en la entrada del reactor.

Para limitar la mezcla entre aguas arriba y aguas abajo, la relación longitud/anchura del canal debe ser superior a 10, sin que haya limitación superior, y la relación profundidad/anchura del canal debe ser inferior a 0,3. El límite inferior está simplemente determinado por la necesidad de mantener un grosor controlado de silicio líquido.

El recorrido del canal 4 puede tomar diferentes formas. El canal puede así ser rectilíneo o estar formado de varias porciones rectilíneas, pero puede también estar dispuesto en el interior de una superficie dada -por ejemplo circular, mediante deflectores.

Para mejorar la agitación, la superficie interna del canal puede ser rugosa o texturizada o preferentemente presentar unas ondulaciones o un perfil en diente de sierra cuya amplitud es al menos igual a la mitad de la altura del canal. El objetivo es aumentar la turbulencia local para mejorar la agitación y la homogeneización local del baño de silicio líquido. La figura 4 ilustra dos configuraciones posibles del fondo del canal 4, estando el flujo de silicio 3 representado por una flecha.

La temperatura del canal debe ser adaptada de tal manera que el silicio permanezca líquido -siendo la temperatura de fusión del silicio del orden de 1414ºC -manteniendo al mismo tiempo esta temperatura por debajo de 1700ºC para limitar la evaporación térmica del silicio.

Para ello, se utiliza un canal de grafito, o de sílice, o cualquier otro material refractario compatible con el silicio. Este canal puede ser calentado directamente, por ejemplo por inducción, en el caso del grafito, o bien calentado por medio de un susceptor (es decir un elemento de calentamiento indirecto acoplado con un dispositivo de calentamiento por inducción) cuando es de material no conductor. Está provisto de medios de regulación de la temperatura.

Según un primer modo de realización, ilustrado en la figura 2, el canal 4 está dispuesto en una cuba circular 5 de poca profundidad por medio de una serie de deflectores 50, siendo la superficie de la cuba 5 tal que está totalmente expuesta al chorro de plasma procedente de una única antorcha de geometría circular. El diámetro interno de la antorcha está comprendido entre 40 y 160 mm, en función de la potencia (de 10 kW a 1 MW).

El diámetro de la cuba es función de la potencia y del diámetro de las antorchas; está comprendido entre 10 cm y 1 m.

Así, se fuerza el silicio a recorrer una distancia importante bajo el plasma, y por lo tanto a permanecer mucho tiempo debajo del flujo de plasma.

En función del tiempo de exposición requerido y/o de la potencia de las antorchas de plasma utilizadas, se pueden disponer eventualmente en serie varias cubas 5 que comprenden tales deflectores. La figura 2 ilustra así un dispositivo con un canal dispuesto en el interior de dos cubas circulares 5 sucesivas. En este caso, la o las antorchas de plasma son preferentemente unas antorchas de alta potencia, es decir de más de 10 o 20 kW.

Según un segundo modo de realización, se dispone encima de un canal rectilíneo una pluralidad de antorchas de plasma de tal manera que toda la superficie libre del silicio esté expuesta al plasma. De manera ventajosa, se

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