FR2597513A1 - PROCESS FOR REMOVING DENTRITIC SILICON TISSUE FILM - Google Patents
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Abstract
A.PROCEDE POUR ELIMINER UNE PELLICULE DU TISSU DE SILICIUM DENTRITIQUE, B.PROCEDE CARACTERISE EN CE QU'IL COMPREND LE CHAUFFAGE DUDIT TISSU A UNE TEMPERATURE DE 800 A 1200C EN PRESENCE D'OXYGENE GRACE A QUOI UN REVETEMENT DE DIOXYDE DE SILICIUM SE FORME SUR LEDIT TISSU EN-DESSOUS DE LADITE PELLICULE; ET L'ELIMINATION DUDIT REVETEMENT, C.L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE POUR ELIMINER UNE PELLICULE DU TISSU DE SILICIUM DENTRITIQUE.A.PROCEDE FOR REMOVING A FILM OF DENTRITIC SILICON TISSUE, B.PROCEDE CHARACTERIZED IN THAT IT INCLUDES THE HEATING OF THE SAID FABRIC AT A TEMPERATURE OF 800 TO 1200C IN THE PRESENCE OF OXYGEN THANKS TO A COATING OF DIOXIDE FORMED OF SILICON ON THE FABRIC BELOW THE SAID FILM; AND THE REMOVAL OF SAID COATING, C. THE INVENTION RELATES TO A METHOD FOR REMOVING A FILM FROM DENTRITIC SILICON TABLES.
Description
"Procédé pour éliminer une pellicule du tissu de silicium dentritique""Process for removing a film from dentritic silicon tissue"
Cette invention se rapporte à un procédé pour éliminer une pellicule du tissu de silicium dendritique. This invention relates to a method for removing a film from dendritic silicon tissue.
Le tissu de silicium dendritique est un matériau plat en forme de ruban fait de silicium et utilisé en premier lieu comme sous-couche pour les cellules solaires. Pour obtenir la croissance du tissu de silicium dendritique, un germe d'un cristal unique de silicium en atmosphère d'argon est réduit Jusqu'à ce qu'il 10 entre Juste en contact avec du silicium polycristallin Dendritic Silicon Fabric is a ribbon-shaped flat material made of silicon and used primarily as an undercoat for solar cells. To obtain growth of the dendritic silicon fabric, a seed of a single silicon crystal in an argon atmosphere is reduced until it just comes into contact with polycrystalline silicon.
fondu et ensuite il est poussé lentement du bain en fusion. melted and then it is slowly pushed from the molten bath.
A mesure que le germe grandit à partir du bain en fusion, un tissu dendritique d'un cristal unique de silicium As the seed grows from the melt, a dendritic tissue of a single crystal of silicon
grossit à partir du culot du germe. grows from the base of the germ.
Malheureusement, à mesure que le tissu grossit, une pellicule se forme à sa surface que l'on croit être en premier lieu divers oxydes de silicium, mais qui peut contenir aussi des impuretés provenant de l'atmosphère qui entoure le tissu. Cette pellicule contaminante doit être éliminée du tissu avant de pouvoir le traiter en vue de l'emploi comme un substrat dans une cellule solaire. Pour éliminer cette pellicule, le tissu est plongé dans de l'acide fluorhydrique concentré puis frotté avec du coton. Ce traitement doit,non seulement 25 être effectué à la main,mais encore il entraîne fréquemment Unfortunately, as the tissue grows, a film forms on its surface that is believed to be primarily various silicon oxides, but may also contain impurities from the atmosphere surrounding the tissue. This contaminating film must be removed from the tissue before it can be processed for use as a substrate in a solar cell. To remove this film, the fabric is dipped in concentrated hydrofluoric acid and rubbed with cotton. This treatment must not only be done by hand but also frequently
la rupture du tissu très fin de silicium. the breaking of the very fine tissue of silicon.
Selon la présente invention, un procédé ' ' pour éliminer la pellicule formée sur un tissu de silicium dentritique pendant la croissance de celui-ci par un chauffage du dit tissu à une température allant de 800 à 12000C en présence d'oxygène, grâce à quoi un revêtement de dioxyde de silicium se forme sur le dit tissu en dessous de la dite pellicule; et l'élimination du dit revêtement. Il a été découvert que la pellicule formée sur le tissu dendritique de silicium à mesure de sa croissance peut être aisément et proprement éliminée en chauffant le tissu dans une gamme de température allant de 800 à 1200 C en présence d'oxygène et en particulier According to the present invention, a method of removing the film formed on a dentritic silicon fabric during the growth thereof by heating said tissue at a temperature of from 800 to 12000 C in the presence of oxygen, whereby a coating of silicon dioxide is formed on said fabric underneath said film; and removing said coating. It has been found that the film formed on silicon dendritic tissue as it grows can be easily and cleanly removed by heating the fabric in a temperature range of from 800 to 1200 C in the presence of oxygen and in particular
0 15 de l'oxygène saturé de vapeur d'eau (oxygène humide). Oxygen saturated with water vapor (wet oxygen).
Celui-ci forme un revêtement de dioxyde de silicium sur le tissu en dessous de la pellicule. Lorsque le tissu est ensuite immergé dans une solution d'acide fluorhydrique, le revêtement de dioxyde de silicium se dissout et la This forms a coating of silicon dioxide on the fabric underneath the film. When the fabric is then immersed in a solution of hydrofluoric acid, the silicon dioxide coating dissolves and the
pellicule contaminante est aisément détachée du tissu. contaminating film is easily detached from the tissue.
A la différence du procédé antérieur.0 pour éliminer la pellicule, le procédé préféré de cette invention n'exige pas un nettoyage à la main avec du coton - et peut être fait avec une machine automatique. D'une manière surprenante nous avons trouvé que la surface du tissu en résultant est lisse (spéculaire), uniforme et plane, et n'est pas couverte de bosses, irrégulière Unlike the prior process for removing the film, the preferred method of this invention does not require hand cleaning with cotton - and can be done with an automatic machine. Surprisingly we have found that the resulting fabric surface is smooth (specular), even and flat, and not bumpy, irregular
ou rugueuse comme on aurait pu s'y attendre. or rough as one would have expected.
Le procédé de cette invention est appli30 cable à la fois au tissu dendritique de silicium pur et au tissu dendritique de silicium dopé. Des dopants typiques comprennent par exemple le bore, le phosphore, le gallium, l'aluminium, l'arsenic et l'antimoine. Le _' Fotissu dendritique de silicium est d'un6 manière typique d'une épaisseur de 100 à 200 microns, d'une largeur The process of this invention is applicable to both dendritic pure silicon tissue and dendritic doped silicon tissue. Typical dopants include, for example, boron, phosphorus, gallium, aluminum, arsenic and antimony. The silicon dendritic photograph is typically 100 to 200 microns thick, one
de 2,5 à 7,5 cm et peut-être à peu près de toute longueur. 2.5 to 7.5 cm and maybe about any length.
La nature exacte de la pellicule qui se forme sur le silicium à mesure qu'il se développe n'est pas connue, mais on croit qu'elle est un mélange de divers oxydes de silicium et des contaminants qui se trouvent dans l'atmosphère du four. En outre, les souillures provenant de l'emploi de substances dopantes peuvent aussi donner une The exact nature of the film that forms on silicon as it develops is not known, but it is believed to be a mixture of various silicon oxides and contaminants that are in the atmosphere of the silicon. oven. In addition, soils arising from the use of doping substances may also give rise to
pellicule à la surface du tissu. Par exemple une souillure de bore et souvent formée sur le tissu quand la concentra10 tion de la charge de bore dépasse environ 1020 atomes/cm. film on the surface of the fabric. For example, boron stain is often formed on the fabric when the concentration of the boron load exceeds about 1020 atoms / cm.
Bien que la pellicule ait seulement une épaisseur d'environ 1-8 mètre, elle doit être éliminée avant que le tissu puisse être à nouveau traité comme substrat pour une Although the film is only about 1-8 meters thick, it must be removed before the fabric can be treated again as a substrate for
cellule solaire.solar cell.
Bien que des températures inférieures à 8000C puissent agir, elles sont très lentes. Aux températures au-dessus de 1200 C, des impuretés dans la pellicule Although temperatures below 8000C can act, they are very slow. At temperatures above 1200 C, impurities in the film
peuvent pénétrer dans le silicium. can penetrate the silicon.
D'une manière préférée le tissu est 20 maintenu dans la gamme de températures de 800-1200 C pendant 15mn à 1 heure. Si le tissu est chauffé pour un temps moindre, la couche de dioxyde de silicium peut-être insuffisamment épaisse pour éliminer complètement la pellicule contaminante et le chauffage pendant un temps 25 plus long est habituellement inutile. L'oxygène utilisé dans le procédé de l'invention peut-être soit de l'oxygène sec ou de l'oxygène humide. L'oxygène sec est l'oxygène gazeux ou un mélange d'oxygène gazeux et d'un gaz inerte comme l'azote. L'oxygène pur est préféré, car il est plus simple à employer. L'oxygène humide est de l'oxygène gazeux saturé de vapeur d'eau. L'oxygène humide peut-être obtenu en faisant barboter de l'oxygène gazeux dans de l'eau chauffée à environ 95 , ce qui sature l'oxygène gazeux en vapeur d'eau. L'oxygène humide est préféré, car il donne une 35 couche de dioxyde de silicium beaucoup plus épaisse et, par 15 25 In a preferred manner the fabric is maintained in the temperature range of 800-1200 C for 15 minutes to 1 hour. If the fabric is heated for a shorter time, the silicon dioxide layer may be insufficiently thick to completely remove the contaminating film, and heating for a longer time is usually unnecessary. The oxygen used in the process of the invention may be either dry oxygen or wet oxygen. Dry oxygen is oxygen gas or a mixture of oxygen gas and an inert gas such as nitrogen. Pure oxygen is preferred because it is simpler to use. Wet oxygen is gaseous oxygen saturated with water vapor. The moist oxygen can be obtained by bubbling gaseous oxygen in water heated to about 95, which saturates the oxygen gas with water vapor. Moist oxygen is preferred because it gives a much thicker layer of silicon dioxide and
conséquent, facilite le départ de la pellicule contaminante du tissu. L'épaisseur de la couche de dioxyde de silicium est typiquement de 0,1 à I micron, quoique d'autres épaisseurs puissent aussi être appropriées. Après exposition à l'oxygène, on a trouvé préférable de refroidir le tissu et ensuite de l'immerger dans de l'acide fluorhydrique dilué ou concentré à une température voisine de la température ordinaire. L'acide fluorhydrique concentrée qui est une solution à environ 37% en poids dans l'eau, est celle qui est préféréecar elle est disponible dans le commerce et a une action plus rapide. therefore, facilitates the departure of the contaminating film from the tissue. The thickness of the silicon dioxide layer is typically 0.1 to 1 micron, although other thicknesses may also be appropriate. After exposure to oxygen, it has been found preferable to cool the tissue and then immerse in dilute or concentrated hydrofluoric acid at a temperature of about room temperature. Concentrated hydrofluoric acid, which is an approximately 37% by weight solution in water, is the preferred one because it is commercially available and has a faster action.
D'une manière typique une durée de 2 à 6 minutes est nécessaire pour enlever la couche de dioxyde de silicium et par là, séparer la pellicule contaminante du tissu de silicium. Le tissu de silicium peut ensuite être lavé à l'eau et après quoi Il est prêt pour une transformation ultérieure. Etant donné que la pellicule contaminante se forme sur les deux côtés du tissu de silicium, les deux côtés sont traites. Typically a time of 2 to 6 minutes is required to remove the silicon dioxide layer and thereby separate the contaminating film from the silicon fabric. The silicon fabric can then be washed with water and after which it is ready for further processing. Since the contaminating film is formed on both sides of the silicon fabric, both sides are processed.
L'invention sera maintenant illustrée en se référant à l'exemple suivant z EXEMPLE The invention will now be illustrated with reference to the following example. EXAMPLE
Des pièces de tissu de silicium dentritique d'environ 5 cm de long d'environ 3 cm de large et d'environ 120 microns d'épaisseur, chargées avec 3 x 1015 atomes de bore/cm3 ont été utilisées dans ces expériences. Pieces of dentritic silicon fabric about 5 cm long, about 3 cm wide and about 120 microns thick, loaded with 3 x 1015 boron atoms / cm 3 were used in these experiments.
Avant le traitement, les pièces ont une pellicule inacceptable sur chacune des surfaces. Les pièces sont placées dans l'oxygène sec à une vitesse d'écoulement de 350 cm /mn et à des températures de 700, 800, 900 et 10000C pendant une heure. Le tableau suivant fournit les résultats. Before treatment, the parts have an unacceptable film on each of the surfaces. The pieces are placed in dry oxygen at a flow rate of 350 cm / min and at temperatures of 700, 800, 900 and 10000 ° C for one hour. The following table provides the results.
Epaisseur de la Couche de dioxyde de silicium (en 1-10m) Température ( C) Thickness of Silicon Dioxide Layer (in 1-10m) Temperature (C)
700 800700 800
900 1000900 1000
non mesuréenot measured
309 578 599309 578 599
Toutes les pièces traitées ont été placées dans une solution aqueuse d'acide fluorhydrique à 37% à température ambiante pendant 5mn. Dans tous les cas, chacune des deux faces des pièces deviennent plus propres 15 qu'une pièce témoin qui a été immergée directement dans la solution d'acide fluorhydrique sans le traitement par l'oxygène sec. Toutefois ces surfaces n'étaient pas assez propres pour poursuivre la fabrication en une cellule All the treated parts were placed in a 37% aqueous solution of hydrofluoric acid at room temperature for 5 minutes. In either case, both sides of the pieces become cleaner than a control piece which has been immersed directly in the hydrofluoric acid solution without the dry oxygen treatment. However these surfaces were not clean enough to continue manufacturing in one cell
solaire sans traitement supplémentaire. solar without additional treatment.
Dans des expériences semblables, on a fait barboter l'oxygène à travers de l'eau à 95 et de l'oxygène humide a passé à travers des pièces semblables de tissu de silicium dendritique à des températures variées In similar experiments, oxygen was bubbled through 95 water and wet oxygen passed through similar pieces of dendritic silicon cloth at various temperatures.
pendant une heure.during one hour.
Le tableau suivant donne les températures et l'épaisseur approximative des couches de dioxyde de silicium. rempérature ( C) The following table gives the temperatures and the approximate thickness of the silicon dioxide layers. Renewal (C)
900 1000 1100 1200900 1000 1100 1200
Epaisseur de la Couche de dioxyde (1-10m) (1 slm) Thickness of the layer of dioxide (1-10m) (1 slm)
1000 3200 4300 68001000 3200 4300 6800
Les pièces ont été de nouveau immergées dans une solution d'acide fluorhydrique à 37% pendant minutes à température ordinaire. Dans ce cas toutes les pièces sont devenues assez propres pour permettre la poursuite de la fabrication en cellules solaires sans traitement ultérieur. Les faces du tissu étaient brillantes The pieces were again immersed in 37% hydrofluoric acid solution for minutes at room temperature. In this case all the parts became clean enough to allow the continuation of the manufacture in solar cells without further processing. The faces of the fabric were shiny
et lisses.and smooth.
RIPUBLIQUE FRAN AISEFRENCH REPUBLIC
INSTITUT NATIONALNATIONAL INSTITUTE
BE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLEBE THE INDUSTRIAL PROPERTY
PARIS : : M.PARIS:: M.
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