IT8219003A1 - Procedimento per produrre foglie di silicio policristallino sinterizzato - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione avente per titolo:

"Procedimento per proporre foglie di silicio policristallino sinterizzato"

Riassunto _ _ _ Silicio finemente suddiviso viene impa.stato.con additivi in modo,da formare un impasto umido , che viene steso nella_forma di una foglia, la quale viene,poi sinterizzata. Per ottenere che la foglia _di_silicio sinterizzato__prqd.ptt_a_sia particc-*" larment e poco porosa,_il_s.ilicip usato come materigile iniziale viene macinato in un liquido non contenente ossigeno fino a raggiungere una grossezza granulare .corrispondente ad una superficie specifijca di .almeno..50 m ^g, poi il materiale macinato insieme con.detto liquido non contenente ossigeno viene addensato,direttamente con un'ulteriore sostanza non contenente ossigeno fino a raggiungere la viscosit? adatta.per lo stendimento in foglia, per costituire 1_'impasto umido, e successivamente .si eseguono in modo di._p.er se.noto lo stendimento .. in foglia eia sinterizzazione.

Descrizione

_ad.un..pr?cedimento per.produrre foglie di silicio Siili/ 22fi1/0

,policristallino/ ^coia.'? indicato nella definizione introduttiva dell.a_.rivendicazione 1._

_ _ _ J?uest_e._fo.glie_sono adatte e previste.. specialmente per ..elementi.solari._ _ _ _

_ _ .Nelle precedenti domande di brevetto germanico..occidentale ?_29__27_086?8?_?_.3? .

30 19653-3 | P 30 19 635*1.sono indicati,dettagli relativi ad un procedimento per produrre.solidi cristallini di silicio...1astrifo_rmi.,o_nastriformi,._i quali,.hanno una .struttura equivalente,alla struttura colonnare,parti colarmento adatta,per.-elementi solari, e vengono prodotti. per sinterizzazione,di un materiale inizial.e..di silicio,in polvere. Questi solidi cristallini di .silicio.vengono fabbricati .in modo tale che un ^impast?.umido,di..silicio.;,(ossia ima sospensione di silicio,in..polvere) viene steso su un appoggio, mepiante .uno-stenditore, cos? da formare ima foglia.? -la-sfoglia-di silicio-cos? .ott.enuta.viene..sinterizza-+t-a-ad una-temperatura, che ? inferiore,alla.tempera-,. -+.tura-di-fusione....o .al massimo raggiunge,specialmente_ ?'sol.tanto -perJbre_ve_tempo.,-la temperatura di fusione? ]Specialmente.nella domanda di_.brev.etto germanico j -occidentale.P_29 27.08.6,8.sono,descritti numerosi { dettagli relativi al procedimento per produrre fotglie di silicio policristallino_mediante,stendimento e sinterizzazione,e pertanto per.la descrizione dell? la presente invenzione non occorre sofferiarsi ancora su dettagli,di per s? noti.

Nel corso di esprimenti, che miravano a perfezionare lo stato di sviluppo gi? raggiunto, descritto j?d_esempio nelle domande di brevetto.suindicate, si ? riscontrato che per conseguire un risultato ottimale non basta trasportare

j alla produzione di foglie di silicio policristallino ..sinterizzate quelle esperienze,_che sono state acquisite nella pluriennale pratica della fabbrica.zione. di foglie,di ceramica sinterizzate.e..sono diventate parti integranti di.operazioni per la produzione di_ foglie sinterizzate..Nella sinterizzazione di..un.impasto umido .di silicio,.pio?.di.una sostanza con legami omeopolari, si.? infatti riscontrato che du-r rante la.svolgimento del proce?do.di.sinterizzaeiorir si verifica una .notevole ere.scita.dei granuli gi? _ in un .momento che.precede.1'inizio del ritiro dell'impasto,umido steso,injfoglia. Come.si ? potuto ^constatare, la troppo anticipata erescj.ta.d_ei granuli ,rostacola un ulteriore .ritiro del materiale,cosicch? (

fsi ottiene .infine.una,,foglia..di_silicio sinterizzata, che presenta una porosit? relativamente elevata,cor pori aperti._ _ _ _

-.Questo problema era stato,per? risolto in una .certa misura, pr.Qvoc.ando.una.fusione almeno parziale del .materiale__di..silici? durante._il_proce.stso.di .sinterizzazione propriamente detto. Questo provvedimento ha .l?inconvenierte.di .ricbiedere_un procediment.o_relativanente dispendioso_p_er controllare,esattamente la temperatura durante l'intervallo di-tempo in.cui.,avviene,la fusione prefissa., fi ci? |si-aggiunga-che mezzl.sussidrari.di.cottura.,Com.e __elementi.di .appoggio.,..per.esempio_di_ossido..di alluminio.od -Ossido di._sili.cio.j_vengono assai,.s?ll.ecita'-. |ti ..dalla temperatura._ _ _ _ ;_

_ _ _ Un-prow.edimento. adottato._gene.rajkment.e_. da molto tempo..per ottenere sostanze,sinterizzate in..modo .compat?o..c.onsis.te.nella .sinterizzazione sotto pressione., .che-comprensibilmente.richiede,per? un _

I notevole,dispendio tecnologico .supplementare..e non{__ j pu? .praticamente venire..preso in_considerazione spe-r.

| cialmente-per-prodotti economici come,.devono essere ._.

[materiali per .elementi .solari2 _ _ _ ...

+- Llinvenzione_ si.pone per.tanto_.il_.problema. di-trovare -e applicare provv.edimenti .per ottenere_ . tana sinterizzazione compatta, i.quali richiedono._ _ soltanto,un dispendio,tecn?logico.supplementare tale da non rendere eccessivamente costoso il procedimela-

to.di fabbricazione._

Per un .procedimento.-secondo! la definizione introduttiva della,rivendicazione 1_, detto problema viene,risolto -secondo li-invenzione con i provvedimenti precisati nella,rivendicazione 1. Forme,di realizzazione-e sviluppi..dell'invenzione si -possono desumere .dalle,ulteriori rivendicazioni .. _._ _ Esperimenti..e.studi laboriosi per.riv.ol.vere il pr.oblema_suindicat.o riconducevano sempre,ad un notevole..dispendio.-tecnologico-supplementare. ...Questo?vale .anche-per _un .provvedimento _ _ desunto,da.un. concetto, che era_stato-divulgato

.molti anni prima nel-quadro.della_ fabbricazione,di -materiali metallici-duri,sinterizzati. Per.la .fabr -fbricazione di materiale -sinterizzato di carburo di: silicio., nitruro di silicio,-silicio e simili, in "Journ. of th? American Ceramic-Soc.11, voi..59

?(1976), pagg. 536-e segg. ? descritto che un-additiivo per la-sinterizzazione come il boro ? adatto e--che la sinterizzazione rii silicio puro dipende dalla j-grossezza-delle-particelle nel-campo-inferiore al

'J fmicron, -ad esempio per-una grossezza^anulare della . -polvere di circa -0,06^um. Per-quanto-si.pu? desumere da-questa pubblicazione, con questa-?proposta si e lasciata--inter-V-enire consapevolmente-un'ossidazioni superficiale dei-risultanti-granuli-della polveredi silicio.? E'.,infatti-da tenere presente-che la polvere -di.-silicio.-finemente macinata ? di-per-s? molt.0-.esplosiva e-che..a.questo--pericolo si ? ovviato con la.continua-ossidazione-superficiale -dei piccoli granuli?di?silicio-che.si formavano--istantaneamentje. -Questi,-provvedimenti,,che.-nel-loro complesso-sono noti,dal campo della fabbricazione di materiali met ..tallici-duri,-non -si-possono?per?-trasportare-alla'-? fabbricazione- di elementi -solari,-perch? in questi- --.il-materiale contenuto -nel solido sinterizzato deve? presentarsi come -silicio tutt*al pi? poco-ossidato-,-ossia il -biossido di silicio-contenuto ? -nocivo, perch?--peggiora notevolmente il rendimento 4? un elemento solare. D'altra parte, l'incombente pericolo di

I

Iespiosioni -richiede un notevole dispendio tecnolog-i-I

}co.supplementare. - . .... . .. -- - ,

Nonostante i suindicati precon-.e?tti e..inconvenienti.,.,la,soluzione,proposta..dalla_ _ i ' {_presente..invenz.io.ne si_basa.tuttavia sul fatto__di 1_ ^conseguire un'elevata densit?_de.l_.silicio sinterizzato? ? macinando finemente-.il silicio ma prevedendo-provv-._ :vedimenti completamente,diversi per.evitare-il_ j._ pericolo di esplosioni e precisamente provvediment che comportano vantaggi e risparmi in ulteriori operazioni necessarie.....Pertanto,..se da una parte secondo la presente invenzione, si accetta nn_dispendio.tecnologico supplemenjkre questo.,.secondo l'invenzione,, ? tuttavia tale da.venire almeno laigemente compensato da semplificazioni.e_facilitazioni in ulteriorL posizioni.del.procedimento totale,, cosicch? ,nel.complesso ..?_s.tato .trovato un procedinento..concorrenziale.,.che permette,di ottenere elementi solari migliori. . . . . . _ . . _

...._ _ Alla macinazione,del.silicici. in.un_liquido nom cont.enente_ossigeno, prevista se-, .condo la.presente invenzione ed.eseguita,in un_mulino. .a palle,,segue immediatamente ---.contrariamente alla -pratica nsuale per_una tale macinazione..ad umido J. .

I

1!operazione con la _quale_.il .materiale macinato, in-. sieme con il .liquido di macinazione.,.viene JtrattaTlo con un.ulteriore nostanza,non.contenente, ossigeno,!.

? fino a quando l'impasto umido risultante raggiunge la viscosit? adatta per lo stendimento in foglia di per s?.noto, cio? fino.a_quando il materiale_ma-I

cinato, e il liquido i macinazione sono addensati,' per effetto della sostanza aggiunta, cos? da .poter poi eseguire.in modo_di.per s?.roto-lo stendimento in .foglia_.e -la_sinterizzazione-della__foglia.._ _ _ _ _ Il liquido-non.,contenente ossi-| geno, ossia.un-liquido-che_non contiene ossigeno..nella. sua composizione chimi.ca.-e__in_lar.ga misura non presenta neppure ossigeno_s.ciol_to_.nel.liquido-,_p.u?. ..essere ad esempio..de.c.aidr_onaf_talina,...che ? reperibile in_c.ommercio__c.on ..la^denominazione_di,deealina._ .Senza pericolo di.,espiosioni._e.specialmente anche .aenza?un'.ossidazione dell.e.._particelle di-silicio, finemente,macinate, sconveniente per.elementi solari, -CorL-questo.liquido_non_contenente.ossigeno .si pu?_ macinare..assai-finemente-il -silicio-_in-ur-mulino--a--palie,._avente_un_rivestimento-intorno di polietilene. e dotato di palle,di agata.-.Per?esempio-,-eseguendo una -macinazione per-parecch,i.-giorni., in quest.moo/_dsoipu?- raggiungere,?senza,pericolo e senza ossidazione,-(

Luna,finezza tale-che la-polvere-di silicio-raggiunge | senzIaltro-una..superficie_sp.ecifica.._di.^O-m-2/g-di_ materiale..? Per foglie--di.silicio particolarmente \efficienti,per elementi-solari,?un_tale.valore della 4_finezza-della.polvere-di-silicio-viene -consideratoi? ;Lsecondo -l'invenzione,.come un -limite superiore -dellia ' l 4-finezza di-granulazione.delH impasto umido di silirci? da.sinterizzare?

? - -Alla fine -di-un -processo di m'actinazione come quello descritto - secondo un

di realizzazione - a 100 g di polvere di silicio, come materiale iniziale, e 100 g di decaidronafta lina, come liquido di macinazione, si aggiungono 30 g di una soluzione al 10 % di poliisobutilene, reperibile in commercio con la denominazione di Oppanol B50. Inoltre^ secondo questo esempio di realizzazione, si aggiungono anche 4 g di una soluzione formata da polietilene sciolto in^benzolo, 1addove questo polietilene ? reperibile in commer-? cio con la denominazione di Lupolen 1800,

_ Come si pu? desumere dalla deserizione precedente e specialmente dall1esempio di realizzazione , il dispendio supplementare consistente nell'impiego di un liquido di macinazione non contenente ossigeno viene compensato, come tale, perche immediatamente di seguito alla macinazione, senza che occorrano un'essiccazione intermedia e simili, si pu? attuare la preparazione dell'impasto umido, Pure immediatamente questo impasto umido pu? venire steso su un appoggio, costituito per esempio di po!-lietilene tereftalato (Hostafan), per furmare uno ^?tra jto avente per esempio uno spessore.di I^Oyum. Que-.sto stendimento avviene nel modo descritto nella precedente domanda di brevetto germanico occidentale _3L_29?27__0_8_6_C.OJO_1lausilio-di..uno-stenditore ben

.p-er_.lo?.stendimento.in foglia.,_specialmente .nel...canapo della.fabbri.cazione?di?foglie?di?ceramica-.-Medi.ant_e_un 1.e.gger.o_.r.iscaldamento, il so1vertec.ontenut_o_nell?impasto umido pu??venire?al1ontana in.misura pi? o ..meno_ampia_e-la?foglia-di?s?li .cio?cos??ottenuta?(.non-ancora?sinterizzata-)?pu? venire staccata-dal?suddetto?appoggio.?Questa?foglia. _di__s.ilicio_h.a_una__c_o.nsis_t.en.za._tale..che.da essa.si_ possono..tranciare parti piane di_dimensi.oni__prestab_ili_t_e_._ Quest??parti-tranciate..dalla foglia posso-_ _PQ._p_oi_venir.e.?Sint.e.ri.z.z.ate_ciascuna_su?una_piastra_ di_._o_ssidO?di.alluminio o_di__bi.ossido__di_silicio.

.In.nodo,di per s? .usual_e_,__.qu.esia?sinieriz_zazione. di..foglie.di.si1icio_avvi.ene...con esclusione di?os--. sigeno o.addirittura_preferibilmente._in atmosfera.. di.argon, per evitare unlinammissibile-ossidazion?_ del silicio... Durante,.il processo di sinterizzazione. avviene un riscaldamento..fino a temperature,di_ 1400?C._ In. conseguenza del..contenuto.di.silicio.. assai finemente suddiviso, il processo di ritiro che si verifica durante,la sinterizzazione conduci alla formazione di.strati-di silicio compatti, assai.poco porosi, i quali,-se -la foglia ha -ad esem-2 pio inizialmente uno spessore di-150 presentali Ipoi nello stato sinterizzato uno spessore di circa 1QQ^.um, che ? particolarmente adatto per elementi sulari.

_ Anche durante e dopo R aggiunta delle sostanze ( come il poliisobutilene'e il polietilene) per..addensare il.silicio macinato nel liquido,per la formazione dell*impasto umido, questo impasto umido,ha.una.consistenza tale e un contenuto dimateriale senza ossigeno tale che i granuli di silicio finemente macinati della polvere di silici? sono ancora strettamente circondati e bagnati da sostanze senza ossigeno, in misura tale che questi corpi.di silicio sono protetti contro l'ossidazione anche durante lo_stendimento in foglia, il successivo riscaldamento .e.persino nel processo.di sinterizzazione

La figura acclusa illustra un ciclo di lavorazione di .un procedimento secondo l'invenzione. .Con.1 ? indicato il silicio usato come materiale iniziale, che pu? gi? essere sminuszato, ad esempio, fino _ad un certo grado. Con 2 ? j indicato..il liquido non contenente ossigeno, per ^ esempio,decaidronaftalina. Con 38 indicato il processo di macinazione. ..Con.4 ? indicata l'aggiunta della sostanza non contenente ossigeno al proRivendicazioni

_1._-_ Procedimento per produrre foglie di silicio poiieri stailino sinterizzato, in cui silicio fine mente suddiviso viene impastato con additivi in modo da formare un impasto umido,.che viene steso nella? forma di una foglia, la quale viene poi sinterizza-.ta, caratterizzato da!L fatto che,..per ottenere che la.foglia di silicio..sinterizzato prodotta sia par-I ticolarmente poco porosa, il silicio,usato come,ma-_

I

.teriale iniziale (i) viene macinato .(3.) in un liqui-.. _do.non contenente ossigeno (2) finoja raggiungere una ..grossezza granulare corrispondente.ad_una.superfi-[

2

eie specifica di almeno 30 ra /g, nonch? dal fatto _ che il.materiale macinato insieme_con.detto liquido non .contenente,ossigeno..viene poi addensato direttlamente con un!ulteriore sostanza non contenente ossi-.

geno_?(4_)?fino_a_raggiungere_la?viscosit? adatt

_p.ar?Io-stendimento?in._fogliu,_per_co.stituire?liimpasto-umido (5),e_inoltre?dal fatt.o_eie?successivae?si_ eseguono?in_mo.do_di_per__s?_noto?lo st jjimento?ir foglia (6) e la sinterizzazione.

,-_ Procedimento?secondo?la-rivendicazione-l-,?ca ratterizzato?dal.-fatto?che.come-liquido non contenen^-te-ossigeno si impiega-decaidronaftalina?(-2)

3?- -Procedimento secondo larivendicazione-1?oppu>-re 2 -caratterizzato?dal?fatto-che?come?sostanza -non-contenente ossigeno?si?aggiunge?una?soluzioneal .10?/o-di?poiiisobutilene?(4-)-.-4. _Erocedimento secondo-la-rivendicazione?1?oppu-? re 2, caratterizzato dal.fatto che come sostanza? non?contenente ossigeno si impiega una?soluzione al 10 % di poliisobutilene e-in-aggiunta-una -soluzione-di polietilene-in?benzolo^- - - -